RU2652722C1 - Data processing for super-resolution - Google Patents

Data processing for super-resolution Download PDF

Info

Publication number
RU2652722C1
RU2652722C1 RU2017115447A RU2017115447A RU2652722C1 RU 2652722 C1 RU2652722 C1 RU 2652722C1 RU 2017115447 A RU2017115447 A RU 2017115447A RU 2017115447 A RU2017115447 A RU 2017115447A RU 2652722 C1 RU2652722 C1 RU 2652722C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sets
low
resolution
pixel
image
Prior art date
Application number
RU2017115447A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ксения Юрьевна Петрова
Иван Викторович ГЛАЗИСТОВ
Сергей Станиславович Завалишин
Владимир Геннадьевич КУРМАНОВ
Кирилл Викторович Лебедев
Глеб Сергеевич МИЛЮКОВ
Александр Александрович Молчанов
Андрей Юрьевич ЩЕРБИНИН
Илья Васильевич Курилин
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority to RU2017115447A priority Critical patent/RU2652722C1/en
Priority to KR1020180042920A priority patent/KR102481882B1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2652722C1 publication Critical patent/RU2652722C1/en
Priority to US15/970,617 priority patent/US10776904B2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4053Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting based on super-resolution, i.e. the output image resolution being higher than the sensor resolution
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00Geometric image transformations in the plane of the image
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/20Image enhancement or restoration using local operators
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/70Denoising; Smoothing
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/80Geometric correction
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/40Analysis of texture
    • G06T7/41Analysis of texture based on statistical description of texture
    • G06T7/44Analysis of texture based on statistical description of texture using image operators, e.g. filters, edge density metrics or local histograms
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/20Image preprocessing
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/20Image preprocessing
    • G06V10/30Noise filtering
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/20Image preprocessing
    • G06V10/32Normalisation of the pattern dimensions
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20Special algorithmic details
    • G06T2207/20172Image enhancement details
    • G06T2207/20182Noise reduction or smoothing in the temporal domain; Spatio-temporal filtering
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30168Image quality inspection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

FIELD: data processing.
SUBSTANCE: invention relates to the field of digital image processing and video. Super-resolution processing unit includes an offset estimator configured to receive a set of low resolution images of one scene, receive pixel offsets for low resolution images for all pixels corresponding to the same fragments in the low resolution image set, receive sets of integer pixel offsets by calculating an integer pixel offset for each pixel offset, receive sets of fractional pixel offsets by calculating a fractional pixel offset for each pixel offset; a filter bank configured to store filter sets; filter selection block; a high-resolution image acquisition unit configured to obtain a high resolution image in an RGB format.
EFFECT: improve image and video quality without losing image data.
18 cl, 5 dwg, 9 tbl

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

[0001] Настоящее изобретение относится к области цифровой обработки изображений и видео, в частности к устройству и способу для обработки данных для сверхразрешения, и предназначено для улучшения качества изображений и видео посредством улучшения разрешения, которое также называется получением сверхразрешения изображений и видео.[0001] The present invention relates to the field of digital image and video processing, in particular to an apparatus and method for processing super resolution data, and is intended to improve the quality of images and video by improving resolution, which is also called super resolution of images and video.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИDESCRIPTION OF THE PRIOR ART

[0002] Традиционные технологии для повышения качества изображений и видео имеют следующие недостатки. Итерационные подходы являются чрезмерно медленными и имеют высокую сложность из-за высоких вычислительных затрат. Неитеративные подходы не учитывают дробные смещения пикселей, что приводит к снижению качества получаемых изображений. В конвейерных подходах происходит потеря данных изображения и может ухудшаться направленность текстуры мелких деталей. Отсутствует компромисс между шумоподавлением (NR) и сверхразрешением (SR).[0002] Traditional technologies for improving image and video quality have the following disadvantages. Iterative approaches are excessively slow and have high complexity due to high computational costs. Non-iterative approaches do not take into account fractional displacements of pixels, which leads to a decrease in the quality of the resulting images. In pipelined approaches, image data is lost and the directivity of the texture of small parts may deteriorate. There is no compromise between noise reduction (NR) and super resolution (SR).

[0003] Существуют различные технологии для повышения качества изображений и видео. Одна из технологий описана в публикации патентной заявки US 20130064474 A1, опубликованной 14.03.2013 и озаглавленной «Вычисление изображений с более высоким разрешением из множественных изображений с более низким разрешением». Проблема сверхразрешения с формулировкой, использующей апостериорный максимум, решается с использованием метода нелинейной итеративной оптимизации методом сопряженных градиентов. Однако использование итераций приводит к высоким вычислительным затратам.[0003] There are various technologies for improving the quality of images and videos. One technology is described in the publication of patent application US 20130064474 A1, published March 14, 2013 and entitled "Calculation of images with higher resolution from multiple images with lower resolution." The superresolution problem with a formulation using a posteriori maximum is solved using the nonlinear iterative optimization method using the conjugate gradient method. However, the use of iterations leads to high computational costs.

[0004] Другие технологии описаны в патенте США US 9282253 B2, опубликованном 08.03.2016 и озаглавленном «Система и способ интерполяции сверхразрешения на основе множества кадров для цифровых камер». Обеспечена система цифровой камеры, которая включает в себя модуль регистрации движения, генерирующий информацию о движении, модуль интерполяции, модуль вычисления весовых коэффициентов и модуль объединения весов. Система поддерживает ввод в формате Байера. Каждый входной кадр интерполируется независимо от других кадров. Однако субпиксельное (дробное) смещение между кадрами не используется при восстановлении деталей.[0004] Other technologies are described in US patent US 9282253 B2, published on 03/08/2016 and entitled "System and method for interpolation of super-resolution based on multiple frames for digital cameras." A digital camera system is provided, which includes a motion registration module generating motion information, an interpolation module, a weighting coefficient calculation module, and a weight combining module. The system supports Bayer input. Each input frame is interpolated independently of the other frames. However, subpixel (fractional) displacement between frames is not used when restoring parts.

[0005] Поскольку традиционные технологии для повышения качества изображений и видео имеют вышеупомянутые недостатки, необходим подход для повышения качества изображений и видео, который обеспечивает точное воспроизведение направленности текстуры, низкие вычислительные затраты и хороший компромисс между шумоподавлением и сверхразрешением. Настоящее изобретение предназначено для устранения, по меньшей мере, проблем и недостатков, описанных выше, и обеспечения, по меньшей мере, преимуществ, описанных далее.[0005] Since traditional technologies for improving the quality of images and videos have the above-mentioned disadvantages, an approach for improving the quality of images and videos is needed, which provides accurate reproduction of the directivity of the texture, low computational costs and a good compromise between noise reduction and super resolution. The present invention is intended to eliminate at least the problems and disadvantages described above, and to provide at least the advantages described below.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0006] Задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для обработки данных для сверхразрешения, которые улучшают качество изображений и видео без потери данных изображений и видео и обеспечивают низкие вычислительные затраты.[0006] It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for processing super-resolution data that improves image and video quality without losing image and video data and provides low computational costs.

[0007] Согласно одному аспекту изобретения обеспечено устройство для обработки данных для сверхразрешения, содержащее: блок оценки смещения, выполненный с возможностью: принимать набор изображений низкого разрешения одной сцены, получать наборы смещений пикселей для изображений низкого разрешения для всех пикселей, соответствующих одним и тем же фрагментам в наборе изображений низкого разрешения, посредством вычисления смещений пикселей для пикселей, соответствующих одним тем же фрагментам в изображениях низкого разрешения, относительно пикселей, соответствующих тем же фрагментам в первом изображении низкого разрешения, выбранном из набора изображений низкого разрешения, получать наборы целочисленных смещений пикселей посредством вычисления целочисленного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы целочисленных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения, получать наборы дробных смещений пикселей посредством вычисления дробного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы дробных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения; банк фильтров, выполненный с возможностью хранения наборов фильтров, причем наборы фильтров предварительно вычислены; блок выбора фильтров, выполненный с возможностью выбора наборов фильтров из банка фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей; блок получения изображения высокого разрешения, выполненный с возможностью получения изображения высокого разрешения в формате RGB посредством вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием набора изображений низкого разрешения, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.[0007] According to one aspect of the invention, there is provided an apparatus for processing superresolution data, comprising: an offset estimation unit configured to: receive a set of low-resolution images of one scene, obtain sets of pixel offsets for low-resolution images for all pixels corresponding to the same fragments in a set of low-resolution images by calculating pixel offsets for pixels corresponding to the same fragments in low-resolution images, relative Only the pixels corresponding to the same fragments in the first low-resolution image selected from the set of low-resolution images, obtain sets of integer pixel offsets by calculating the integer pixel offsets for each pixel offset, while the sets of integer pixel offsets correspond to the sets of pixel offsets for low-resolution images, obtain sets of fractional pixel offsets by calculating fractional pixel offsets for each pixel offset, wherein the set fractional pixel displacements correspond to displacements of sets of pixels for the low-resolution images; a filter bank configured to store filter sets, the filter sets being pre-computed; a filter selection unit configured to select filter sets from a filter bank based on sets of fractional pixel offsets; a high-resolution image acquisition unit configured to obtain a high-resolution image in RGB format by computing pixels of a high-resolution image using a set of low-resolution images, selected filter sets, and sets of integer pixel offsets.

[0008] В дополнительном аспекте предварительно вычисленные наборы фильтров получены посредством: задания конечного числа дробных смещений пикселей; генерации наборов дробных смещений пикселей посредством выбора всех комбинаций дробных смещений пикселей; вычисления наборов фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и регуляризатора, описывающего локальные ограничения для сверхразрешения.[0008] In a further aspect, pre-computed filter sets are obtained by: setting a finite number of fractional pixel offsets; generating sets of fractional pixel offsets by selecting all combinations of fractional pixel offsets; computing filter sets based on sets of fractional pixel shifts and a regularizer describing local constraints for superresolution.

[0009] В другом дополнительном аспекте количество фильтров, хранящихся в банке фильтров, уменьшено на основании по меньшей мере одного из условий совпадения смещений пикселей.[0009] In another further aspect, the number of filters stored in the filter bank is reduced based on at least one of the conditions for matching pixel offsets.

[0010] В еще одном дополнительном аспекте наборы фильтров, хранящихся в банке фильтров, включают в себя наборы ненаправленных фильтров и наборы направленных фильтров, причем ненаправленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими ненаправленную текстуру, а направленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими направленную текстуру.[0010] In yet a further aspect, filter sets stored in the filter bank include omnidirectional filter sets and directional filter sets, wherein undirected filters are associated with image areas containing an undirected texture, and directional filters are associated with image areas containing an undirected texture .

[0011] В еще одном дополнительном аспекте устройство дополнительно содержит блок оценки направления текстуры, выполненный с возможностью определения направлений текстуры изображений низкого разрешения, причем блок выбора фильтров дополнительно выполнен с возможностью выбора либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения.[0011] In yet a further aspect, the apparatus further comprises a texture direction estimation unit configured to determine texture directions of low resolution images, the filter selection unit further configured to select either sets of omnidirectional filters or sets of directional filters based on sets of fractional pixel offsets and texture directions in low resolution images.

[0012] В еще одном дополнительном аспекте устройство дополнительно содержит: блок предобработки, выполненный с возможностью: определения параметров шумоподавления для всех пикселей в изображениях низкого разрешения, включающих в себя модель шума, размер фрагмента изображения, радиус поиска для соседних фрагментов изображения и зависимость стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей; вычисления текстурно-зависимых коэффициентов шумоподавления на основе изменений яркости пикселей, при этом каждый текстурно-зависимый коэффициент шумоподавления вычисляется для каждого пикселя изображений низкого разрешения; оценки значений стандартного отклонения шума пикселей с использованием зависимости стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей, текстурно-зависимых коэффициентов шумоподавления и коэффициента шумоподавления, заданного пользователем; выполнения трехмерного шумоподавления (3DNR) на наборе изображений низкого разрешения на основе параметров шумоподавления и оцененных значений стандартного отклонения шума пикселей для получения изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом; и блок оценки карты достоверности, выполненный с возможностью генерации карты достоверности с использованием набора изображений низкого разрешения и наборов смещений пикселей, при этом карта достоверности представляет достоверность вычисления смещений пикселей, при этом блок оценки направления текстуры дополнительно выполнен с возможностью определения направлений текстуры изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом; при этом блок выбора фильтров дополнительно выполнен с возможностью выбора либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе карты достоверности, наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения с уменьшенным шумом; при этом блок получения изображения высокого разрешения дополнительно выполнен с возможностью получения изображения высокого разрешения в формате RGB посредством вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием карты достоверности, набора изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.[0012] In yet a further aspect, the device further comprises: a preprocessing unit configured to: determine noise reduction parameters for all pixels in low resolution images including a noise model, image fragment size, search radius for adjacent image fragments, and standard deviation dependence pixel noise from pixel brightness; calculating texture-dependent noise reduction coefficients based on changes in pixel brightness, wherein each texture-dependent noise reduction coefficient is calculated for each pixel of low resolution images; estimating the standard deviations of the pixel noise using the dependence of the standard deviation of the pixel noise on the pixel brightness, texture-dependent noise reduction coefficients and the noise reduction coefficient specified by the user; performing three-dimensional noise reduction (3DNR) on a set of low-resolution images based on noise reduction parameters and estimated pixel noise standard deviation values to obtain low-resolution images with reduced noise; and a validity map estimation unit configured to generate a validity map using a set of low-resolution images and sets of pixel offsets, the validity map representing the reliability of calculating pixel offsets, and the texture direction estimating unit is further configured to determine texture directions of low-resolution images with reduced noise; wherein the filter selection unit is further configured to select either sets of non-directional filters or sets of directional filters based on a confidence map, sets of fractional pixel offsets and texture directions in low-resolution images with reduced noise; wherein the high-resolution image acquisition unit is further configured to receive the high-resolution image in RGB format by calculating the pixels of the high-resolution image using a confidence map, a set of low-resolution images with reduced noise, selected filter sets and sets of integer pixel offsets.

[0013] В еще одном дополнительном аспекте изображения низкого разрешения одной сцены являются изображениями в формате RGB.[0013] In yet a further aspect, the low resolution images of one scene are RGB images.

[0014] В еще одном дополнительном аспекте изображения низкого разрешения одной сцены являются байеровскими изображениями.[0014] In yet a further aspect, the low resolution images of one scene are Bayer images.

[0015] В еще одном дополнительном аспекте устройство дополнительно содержит блок постобработки, выполненный с возможностью: преобразования изображения высокого разрешения в формате RGB, полученного модулем получения изображения высокого разрешения, в изображение в формате YUV; обрабатывать изображение в формате YUV посредством: вычисления карты стандартных отклонений пикселей в канале Y методом скользящего окна, вычисления опорного канала Ref путем сглаживания карты стандартных отклонений пикселей с помощью гауссовской фильтрации, кросс-билатеральной фильтрации каналов U и V с использованием опорного канала Ref; и обратного преобразования обработанного изображения в формате YUV в прошедшее постобработку изображение высокого разрешения в формате RGB.[0015] In yet a further aspect, the device further comprises a post-processing unit configured to: convert the high-resolution image in RGB format obtained by the high-resolution image acquisition module into an YUV image; process the image in YUV format by: calculating a map of standard deviations of pixels in channel Y using a sliding window method, calculating a reference channel Ref by smoothing a map of standard deviations of pixels using Gaussian filtering, cross-channel filtering of channels U and V using the reference channel Ref; and reverse converting the processed YUV image to the post-processed high-resolution RGB image.

[0016] Согласно другому аспекту изобретения обеспечен способ обработки данных для сверхразрешения, содержащий этапы, на которых: принимают набор изображений низкого разрешения одной сцены; получают наборы смещений пикселей для изображений низкого разрешения для всех пикселей, соответствующих одним и тем же фрагментам в наборе изображений низкого разрешения, посредством вычисления смещений пикселей для пикселей, соответствующих одним тем же фрагментам в изображениях низкого разрешения, относительно пикселей, соответствующих тем же фрагментам в первом изображении низкого разрешения, выбранном из набора изображений низкого разрешения; получают наборы целочисленных смещений пикселей посредством вычисления целочисленного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы целочисленных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения; получают наборы дробных смещений пикселей посредством вычисления дробного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы дробных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения; выбирают наборы фильтров из предварительно вычисленных наборов фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей; получают изображение высокого разрешения в формате RGB посредством вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием набора изображений низкого разрешения, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.[0016] According to another aspect of the invention, there is provided a method for processing data for super-resolution, comprising the steps of: receiving a set of low-resolution images of one scene; get sets of pixel offsets for low-resolution images for all pixels corresponding to the same fragments in the set of low-resolution images by calculating pixel offsets for pixels corresponding to the same fragments in low-resolution images relative to pixels corresponding to the same fragments in the first a low resolution image selected from a set of low resolution images; obtaining sets of integer pixel offsets by calculating integer pixel offsets for each pixel offset, wherein the sets of integer pixel offsets correspond to sets of pixel offsets for low resolution images; obtaining sets of fractional pixel offsets by calculating fractional pixel offsets for each pixel offset, wherein the sets of fractional pixel offsets correspond to sets of pixel offsets for low resolution images; selecting filter sets from pre-calculated filter sets based on sets of fractional pixel offsets; obtaining a high-resolution image in RGB format by computing pixels of a high-resolution image using a set of low-resolution images, selected filter sets, and sets of integer pixel offsets.

[0017] В одном дополнительном аспекте предварительно вычисленные наборы фильтров получают посредством: задания конечного числа дробных смещений пикселей; генерации наборов дробных смещений пикселей посредством выбора всех комбинаций дробных смещений пикселей; вычисления наборов фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и регуляризатора, описывающего локальные ограничения для сверхразрешения.[0017] In one additional aspect, pre-computed filter sets are obtained by: setting a finite number of fractional pixel offsets; generating sets of fractional pixel offsets by selecting all combinations of fractional pixel offsets; computing filter sets based on sets of fractional pixel shifts and a regularizer describing local constraints for superresolution.

[0018] В другом дополнительном аспекте количество упомянутых фильтров уменьшено на основании по меньшей мере одного из условий совпадения смещений пикселей.[0018] In another further aspect, the number of said filters is reduced based on at least one of the conditions for matching pixel offsets.

[0019] В еще одном дополнительном аспекте предварительно вычисленные наборы фильтров включают в себя наборы ненаправленных фильтров и наборы направленных фильтров, причем ненаправленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими ненаправленную текстуру, а направленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими направленную текстуру.[0019] In yet a further aspect, pre-computed filter sets include omnidirectional filter sets and directional filter sets, wherein undirected filters are associated with image areas containing an undirected texture, and directional filters are associated with image areas containing an undirected texture.

[0020] В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно содержит этап, на котором определяют направления текстуры изображений низкого разрешения, при этом выбор наборов фильтров содержит выбор либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения.[0020] In another further aspect, the method further comprises determining the texture directions of the low resolution images, the selection of filter sets comprising selecting either sets of non-directional filters or sets of directional filters based on sets of fractional pixel offsets and texture directions in low images permissions.

[0021] В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно содержит этапы, на которых: определяют параметры шумоподавления для всех пикселей в изображениях низкого разрешения, включающие в себя модель шума, размер фрагмента изображения, радиус поиска для соседних фрагментов изображения и зависимость стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей; вычисляют текстурно-зависимые коэффициенты шумоподавления на основе изменений яркости пикселей, при этом каждый текстурно-зависимый коэффициент шумоподавления вычисляют для каждого пикселя изображений низкого разрешения; оценивают значения стандартного отклонения шума пикселей с использованием зависимости стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей, текстурно-зависимых коэффициентов шумоподавления и коэффициента шумоподавления, заданного пользователем; выполняют трехмерное шумоподавление (3DNR) на наборе изображений низкого разрешения на основе параметров шумоподавления и оцененных значений стандартного отклонения шума пикселей для получения изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом; и генерируют карту достоверности с использованием набора изображений низкого разрешения и наборов смещений пикселей, при этом карта достоверности представляет достоверность вычисления смещений пикселей, при этом определение направлений текстуры изображений низкого разрешения содержит определение направлений текстуры изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом; при этом выбор наборов фильтров содержит выбор либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе карты достоверности, наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения с уменьшенным шумом; при этом получение изображения высокого разрешения в формате RGB содержит вычисление пикселей изображения высокого разрешения с использованием карты достоверности, набора изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.[0021] In yet a further aspect, the method further comprises the steps of: determining noise reduction parameters for all pixels in low resolution images, including a noise model, image fragment size, search radius for neighboring image fragments, and the dependence of the standard deviation of pixel noise from pixel brightness calculating texture dependent noise reduction coefficients based on changes in pixel brightness, wherein each texture dependent noise reduction coefficient is calculated for each pixel of low resolution images; evaluating the standard deviation of the pixel noise using the dependence of the standard deviation of the pixel noise on the pixel brightness, texture-dependent noise reduction coefficients and the noise reduction coefficient specified by the user; performing three-dimensional noise reduction (3DNR) on a set of low-resolution images based on noise reduction parameters and estimated pixel noise standard deviation values to obtain low-resolution images with reduced noise; and generating a confidence map using a set of low-resolution images and sets of pixel offsets, wherein the confidence map represents the reliability of calculating pixel offsets, while determining the directions of the texture of the low-resolution images includes determining the directions of the texture of the low-resolution images with reduced noise; wherein the selection of filter sets comprises a selection of either sets of non-directional filters or sets of directional filters based on a confidence map, sets of fractional pixel offsets and texture directions in low-resolution images with reduced noise; however, obtaining a high-resolution image in RGB format includes computing pixels of a high-resolution image using a confidence map, a set of low-resolution images with reduced noise, selected filter sets and sets of integer pixel offsets.

[0022] В еще одном дополнительном аспекте изображения низкого разрешения одной сцены являются изображениями в формате RGB.[0022] In yet a further aspect, the low resolution images of one scene are RGB images.

[0023] В еще одном дополнительном аспекте изображения низкого разрешения одной сцены являются байеровскими изображениями.[0023] In yet a further aspect, the low resolution images of one scene are Bayer images.

[0024] В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно содержит этапы, на которых: преобразуют изображение высокого разрешения в формате RGB в изображение в формате YUV; обрабатывают изображение в формате YUV посредством: вычисления карты стандартных отклонений пикселей в канале Y методом скользящего окна, вычисления опорного канала Ref путем сглаживания карты стандартных отклонений пикселей с помощью гауссовской фильтрации, кросс-билатеральной фильтрации каналов U и V с использованием опорного канала Ref; и выполняют обратное преобразование обработанного изображения в формате YUV в прошедшее постобработку изображение высокого разрешения в формате RGB.[0024] In another further aspect, the method further comprises the steps of: converting a high-resolution image in RGB format to an image in YUV format; process the image in YUV format by: calculating a map of standard deviations of pixels in channel Y by a sliding window method, calculating a reference channel Ref by smoothing a map of standard deviations of pixels using Gaussian filtering, cross-bilateral filtering of channels U and V using the reference channel Ref; and perform the inverse conversion of the processed image in YUV format to the post-processed high-resolution image in RGB format.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0025] Вышеприведенные и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:[0025] The above and other aspects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, in which:

[0026] Фиг. 1 представляет собой блок-схему одного варианта осуществления устройства для обработки данных для сверхразрешения.[0026] FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of a super-resolution data processing apparatus.

[0027] Фиг. 2 представляет собой блок-схему другого варианта осуществления устройства для обработки данных для сверхразрешения.[0027] FIG. 2 is a block diagram of another embodiment of a super-resolution data processing apparatus.

[0028] Фиг. 3 представляет собой блок-схему еще одного варианта осуществления устройства для обработки данных для сверхразрешения.[0028] FIG. 3 is a block diagram of yet another embodiment of a super-resolution data processing apparatus.

[0029] Фиг. 4 иллюстрирует приведение вектором с компонентами к первому или второму квадранту при оценке направления текстуры изображения.[0029] FIG. 4 illustrates vector reduction with components to the first or second quadrant when estimating the direction of the image texture.

[0030] Фиг. 5 иллюстрирует разделение пикселей байеровских изображений низкого разрешения на отдельные цветовые каналы G1, G2, R и B.[0030] FIG. 5 illustrates the separation of pixels of low-resolution Bayer images into separate color channels G1, G2, R, and B.

[0031] В нижеследующем описании, если не указано иное, одинаковые ссылочные позиции используются для одних и тех же элементов при изображении на разных чертежах, и их описание будет опущено.[0031] In the following description, unless otherwise indicated, the same reference numerals are used for the same elements when depicted in different drawings, and a description thereof will be omitted.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE PRESENT INVENTION

[0032] Нижеследующее описание со ссылкой на прилагаемые чертежи предоставлено для содействия всестороннему пониманию различных вариантов осуществления настоящего раскрытия, как определено формулой изобретения и их эквивалентами. Оно включает в себя различные конкретные детали, чтобы помочь в этом понимании, но они должны рассматриваться только как примерные. Соответственно, специалисты в данной области техники поймут, что различные изменения и модификации различных вариантов осуществления, описанных здесь, могут быть сделаны без отхода от объема настоящего раскрытия. Кроме того, описания хорошо известных функций и конструкций могут быть опущены для ясности и краткости.[0032] The following description with reference to the accompanying drawings is provided to facilitate a comprehensive understanding of various embodiments of the present disclosure, as defined by the claims and their equivalents. It includes various specific details to help in this understanding, but they should only be considered as exemplary. Accordingly, those skilled in the art will understand that various changes and modifications to the various embodiments described herein can be made without departing from the scope of the present disclosure. In addition, descriptions of well-known functions and constructions may be omitted for clarity and conciseness.

[0033] Термины и слова, используемые в нижеследующем описании и формуле изобретения, не ограничиваются библиографическими значениями, а только используются изобретателем для обеспечения ясного и последовательного понимания настоящего раскрытия. Соответственно, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что следующее описание различных вариантов осуществления настоящего раскрытия представлено только для иллюстрации.[0033] The terms and words used in the following description and claims are not limited to bibliographic meanings, but are only used by the inventor to provide a clear and consistent understanding of the present disclosure. Accordingly, it should be apparent to those skilled in the art that the following description of the various embodiments of the present disclosure is for illustration only.

[0034] Следует понимать, что термины в единственном числе не исключают множественности, если явно не указано иное.[0034] It should be understood that the terms in the singular do not exclude plurality, unless expressly indicated otherwise.

[0035] Следует понимать, что, хотя термины первый, второй и т. д. могут быть использованы здесь в отношении элементов настоящего раскрытия, такие элементы не должны истолковываться как ограниченные этими терминами. Термины используются только, чтобы указать отличие одного элемента от других элементов.[0035] It should be understood that, although the terms first, second, etc., may be used here in relation to the elements of the present disclosure, such elements should not be construed as limited to these terms. Terms are used only to indicate the difference of one element from other elements.

[0036] Кроме того следует понимать, что термины «содержит», «содержащий», «включает в себя» и/или «включающий в себя» при использовании в настоящем документе указывают наличие указанных признаков, значений, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного или более других признаков, значений, операций, элементов, компонентов и/или их групп.[0036] In addition, it should be understood that the terms “comprises”, “comprising”, “includes” and / or “including” when used herein indicate the presence of the indicated features, values, operations, elements and / or components but do not exclude the presence or addition of one or more other features, values, operations, elements, components and / or groups thereof.

[0037] В различных вариантах осуществления настоящего раскрытия «модуль» или «блок» могут выполнять по меньшей мере одну функцию или операцию и могут быть реализованы с помощью аппаратных средств, программного обеспечения или их комбинации. «Множество модулей» или «множество блоков» может быть реализовано по меньшей мере одним процессором (не показано) посредством его интеграции с по меньшей мере одним модулем или блоком, отличным от «модуля» или «блока», который должен быть реализован с использованием конкретного аппаратного обеспечения.[0037] In various embodiments of the present disclosure, a “module” or “block” may perform at least one function or operation and may be implemented using hardware, software, or a combination thereof. A “plurality of modules” or “a plurality of blocks” can be implemented by at least one processor (not shown) by integrating it with at least one module or block other than a “module” or “block” that must be implemented using a particular hardware.

[0038] Ниже различные варианты осуществления настоящего раскрытия описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.[0038] Various embodiments of the present disclosure are described in more detail below with reference to the accompanying drawings.

[0039] Настоящее изобретение может получать изображение высокого разрешения как из набора изображений низкого разрешения одной сцены в формате RGB (аддитивная цветовая модель), так и набора байеровских (в формате raw) изображений низкого разрешения одной сцены, полученных от датчика изображения. Полученное изображение высокого разрешения имеет формат RGB. В отличие от предшествующего уровня техники обработка в соответствии с настоящим изобретением выполняется неитеративным способом с фильтрацией на основе наборов дробных смещений пикселей. Кроме того, в вариантах осуществления настоящего изобретения учитывается направленность текстуры изображений за счет использования оценки направленности текстуры и фильтрации с использованием направленных и не направленных фильтров. Дополнительно в вариантах осуществления настоящего изобретения используется трехмерное шумоподавление в сочетании с операциями сверхразрешения с достижением хорошего компромисса между шумоподавлением и сверхразрешением, которые используются по-отдельности в предшествующем уровне техники.[0039] The present invention can obtain a high-resolution image from both a set of low-resolution images of one scene in RGB format (additive color model) and a set of Bayer (raw format) low-resolution images of one scene received from an image sensor. The resulting high-resolution image is in RGB format. Unlike the prior art, the processing in accordance with the present invention is performed in an iterative manner with filtering based on sets of fractional pixel offsets. In addition, embodiments of the present invention take into account the directivity of the texture of images by using estimates of the directivity of the texture and filtering using directional and non-directional filters. Additionally, in embodiments of the present invention, three-dimensional noise reduction is used in combination with super-resolution operations to achieve a good compromise between noise reduction and super-resolution, which are used individually in the prior art.

Основной принцип сверхразрешенияSuper Resolution Basic Principle

[0040] Обычно задача сверхразрешения сводится к нахождению одного изображения высокого разрешения из нескольких изображений низкого разрешения. При этом при восстановлении пикселей изображения высокого разрешения используют пиксели из исходных изображений низкого разрешения с учетом дробных (субпиксельных) смещений пикселей.[0040] Typically, a super-resolution task is reduced to finding one high-resolution image from several low-resolution images. At the same time, when restoring pixels, high-resolution images use pixels from the original low-resolution images, taking into account fractional (sub-pixel) pixel offsets.

[0041] Суть метода состоит в следующем. Пусть исходное изображение высокого разрешения

Figure 00000001
известно, тогда изображения низкого разрешения
Figure 00000002
,
Figure 00000003
, ….
Figure 00000004
можно найти, произведя трансформацию входного изображения и последующую понижающую дискретизацию. В качестве трансформации может быть проективное или аффинное преобразование, а также любое непрерывное преобразование координат. Трансформация обычно обусловлена движением камеры между моментами съемки входных изображений низкого разрешения, также она частично может быть обусловлена смещением объектов внутри кадра. При съемке изображений низкого разрешения с использованием реальной оптической системы, помимо трансформации и понижающей дискретизации, применяемым к идеальному изображению высокого разрешения, применяется еще и сглаживание, обусловленное функцией рассеяния точки (PSF) оптической системы. Формирование изображений низкого разрешения из изображения высокого разрешения происходит в соответствии с формулой:
Figure 00000005
,[0041] The essence of the method is as follows. Let the original high resolution image
Figure 00000001
known then low resolution images
Figure 00000002
,
Figure 00000003
, ...
Figure 00000004
can be found by transforming the input image and subsequent downsampling. As a transformation, there can be a projective or affine transformation, as well as any continuous transformation of coordinates. The transformation is usually due to the movement of the camera between the moments of shooting input images of low resolution, and it can also be partially due to the displacement of objects within the frame. When shooting low-resolution images using a real optical system, in addition to the transformation and downsampling applied to an ideal high-resolution image, smoothing is also used due to the point spread function (PSF) of the optical system. The formation of low-resolution images from high-resolution images occurs in accordance with the formula:
Figure 00000005
,

где

Figure 00000006
- оператор понижающей дискретизации,
Figure 00000007
- оператор сглаживания,
Figure 00000008
- оператор трансформации для получения k-го изображения, а
Figure 00000009
- шум. Оператор
Figure 00000007
можно оценить экспериментально, теоретически на основе детального описания оптической системы, или подобрать приблизительно исходя из критериев качества результирующего изображения. Оператор трансформации находят с использованием методов оценки смещения. При этом подразумевается, что
Figure 00000001
и
Figure 00000010
- это векторизованные изображения низкого разрешения. Если исходное изображение в двумерном виде было представлено матрицей
Figure 00000011
,Where
Figure 00000006
- downsampling operator,
Figure 00000007
- smoothing operator,
Figure 00000008
is the transformation operator to obtain the kth image, and
Figure 00000009
- noise. Operator
Figure 00000007
can be estimated experimentally, theoretically based on a detailed description of the optical system, or selected approximately based on the quality criteria of the resulting image. The transformation operator is found using bias estimation methods. It is understood that
Figure 00000001
and
Figure 00000010
- These are low resolution vectorized images. If the original image in two-dimensional form was represented by a matrix
Figure 00000011
,

то векторизованное изображение можно представить как

Figure 00000012
that vectorized image can be represented as
Figure 00000012

Матрица понижающей дискретизации

Figure 00000006
, сжимающая изображение размера
Figure 00000013
в
Figure 00000014
раз по вертикали и в
Figure 00000015
раз по горизонтали будет иметь вид
Figure 00000016
, где
Figure 00000017
- Кронекерово произведение,
Figure 00000018
- единичная матрица размера
Figure 00000013
, а
Figure 00000019
-
Figure 00000015
-й столбец матрицы
Figure 00000020
Downsampling Matrix
Figure 00000006
compressing size image
Figure 00000013
at
Figure 00000014
times vertically and in
Figure 00000015
times horizontally will have the form
Figure 00000016
where
Figure 00000017
- Kronecker work,
Figure 00000018
- unit size matrix
Figure 00000013
, but
Figure 00000019
-
Figure 00000015
matrix column
Figure 00000020

Так, для того, чтобы уменьшить приведенную выше матрицу в 2 раза и получить матрицу

Figure 00000021
, исходную матрицу
Figure 00000001
в векторизованной форме надо домножить на матрицуSo, in order to reduce the above matrix by 2 times and get the matrix
Figure 00000021
, the original matrix
Figure 00000001
in vectorized form you need to multiply by the matrix

Figure 00000022
Figure 00000022

и преобразовать из вектора длины 4 в матрицу размера 2×2.and convert from a vector of length 4 to a 2 × 2 matrix.

[0042] Таким образом, для изображения высокого разрешения размером

Figure 00000023
и изображения низкого разрешения размером
Figure 00000024
матрицы
Figure 00000007
и
Figure 00000008
будут иметь размер
Figure 00000025
, а матрица
Figure 00000006
- размер
Figure 00000026
. В дальнейшем без потери общности ограничимся рассмотрением квадратных изображений размером
Figure 00000013
.[0042] Thus, for high resolution image size
Figure 00000023
and low resolution image size
Figure 00000024
matrices
Figure 00000007
and
Figure 00000008
will be sized
Figure 00000025
, and the matrix
Figure 00000006
- the size
Figure 00000026
. In the future, without loss of generality, we restrict ourselves to considering square images of size
Figure 00000013
.

[0043] При заданной модели формирования изображений низкого разрешения задачу поиска изображения высокого разрешения можно сформулировать как минимизацию функционала, заданного формулой[0043] For a given low-resolution image formation model, the high-resolution image search task can be formulated as minimizing the functionality specified by the formula

Figure 00000027
.
Figure 00000027
.

[0044] Эту задачу можно сформулировать с использованием различных норм, но решение проще всего отыскать в случае квадратичной нормы, которую мы и будем в дальнейшем использовать.[0044] This problem can be formulated using various norms, but the solution is easiest to find in the case of a quadratic norm, which we will continue to use.

[0045] Иногда эту задачу можно решить непосредственно. В одном варианте осуществления изобретения, оператор сглаживания

Figure 00000007
тождественный (т.е. нет сглаживания), а оператор трансформации представляет собой циклическое смещение на
Figure 00000028
пикселей по вертикали и
Figure 00000029
пикселей по горизонтали. Тогда матрицу этого оператора можно построить как
Figure 00000030
, где
Figure 00000031
матрица оператора, осуществляющего циклическое смещение столбцов матрицы размером
Figure 00000013
на
Figure 00000015
.[0045] Sometimes this problem can be solved directly. In one embodiment of the invention, the smoothing operator
Figure 00000007
identical (i.e., there is no smoothing), and the transformation operator is a cyclic shift by
Figure 00000028
pixels vertically and
Figure 00000029
pixels horizontally. Then the matrix of this operator can be constructed as
Figure 00000030
where
Figure 00000031
matrix of the operator performing cyclic shift of matrix columns of size
Figure 00000013
on
Figure 00000015
.

[0046] Для того, чтобы выполнить смещение в матрице[0046] In order to perform an offset in the matrix

Figure 00000011
на 1 пиксель по вертикали и 2 пикселя по горизонтали и получить матрицу
Figure 00000032
можно построить матрицу трансформации
Figure 00000011
1 pixel vertically and 2 pixels horizontally and get the matrix
Figure 00000032
can build a transformation matrix

Figure 00000033
Figure 00000033

[0047] Пусть у нас имеется 4 изображения низкого разрешения

Figure 00000034
полученных из изображения высокого разрешения при помощи смещений
Figure 00000035
и понижающей дискретизации в 2 раза. Тогда очевидно, что исходное изображение можно просто «собрать» из пикселей изображений низкого разрешения.[0047] Let us have 4 low resolution images
Figure 00000034
obtained from a high resolution image using offsets
Figure 00000035
and 2 times downsampling. Then it is obvious that the original image can simply be “assembled” from pixels of low-resolution images.

[0048] Если бы, например, смещения в некоторых изображениях повторялись, то полная реконструкция стала бы невозможна. Для того, чтобы в случаях, когда полная реконструкция невозможна, или задача плохо обусловлена (что происходит, в том числе, в силу наличия оператора сглаживания

Figure 00000036
, метод выдавал разумное решение (т.е. при входных изображениях с одинаковым смещением происходила пространственная интерполяция с усреднением), на решение накладываются дополнительные ограничения. Эти ограничения формулируются в виде регуляризирующего члена
Figure 00000037
(в дальнейшем - «регуляризатор»), прибавляемого к минимизируемому функционалу, заданному формулой:[0048] If, for example, offsets in some images were repeated, then a complete reconstruction would become impossible. In order that in cases when a complete reconstruction is impossible, or the task is ill-conditioned (what happens, including due to the presence of a smoothing operator
Figure 00000036
, the method produced a reasonable solution (i.e., spatial interpolation with averaging occurred for input images with the same offset), additional restrictions are imposed on the solution. These restrictions are formulated as a regularizing term.
Figure 00000037
(hereinafter referred to as the “regularizer”), added to the minimized functional defined by the formula:

Figure 00000038
Figure 00000038

[0049] Обычно сформулированную подобным образом задачу сверхразрешения решают при помощи итерационных методов, которые не допускают решения в реальном времени. Для решения задачи в реальном времени используются приближенные методы.[0049] Usually formulated in this way, the superresolution problem is solved using iterative methods that do not allow real-time solutions. To solve the problem in real time, approximate methods are used.

Решение задачи сверхразрешения согласно настоящему изобретениюSolution of the Super Resolution Problem According to the Present Invention

[0050] В настоящем изобретении мы получаем точное решение задачи в реальном времени без использования итераций.[0050] In the present invention, we obtain an exact solution to the problem in real time without using iterations.

[0051] Используем регуляризацию Тихонова, т.е. решаем задачу оптимизации для регуляризатора

Figure 00000039
, где
Figure 00000040
- скалярный параметр регуляризации, а
Figure 00000041
- некий оператор. Тогда оптимизируемый функционал можно записать в виде формулы:[0051] We use the Tikhonov regularization, ie we solve the optimization problem for the regularizer
Figure 00000039
where
Figure 00000040
is the scalar parameter of regularization, and
Figure 00000041
- a certain operator. Then the optimized functional can be written in the form of a formula:

Figure 00000042
Figure 00000042

гдеWhere

Figure 00000043
Figure 00000043

[0052] Как известно, оптимизационная задача такого вида имеет аналитическое решение, выраженное формулой:[0052] As is known, an optimization problem of this kind has an analytical solution expressed by the formula:

Figure 00000044
Figure 00000044

[0053] Это значит, что каждый пиксель изображения высокого разрешения с координатами

Figure 00000045
можно найти в виде линейной комбинации пикселей входных изображений низкого разрешения по формуле:
Figure 00000046
[0053] This means that each pixel of a high resolution image with coordinates
Figure 00000045
can be found as a linear combination of pixels of input low-resolution images by the formula:
Figure 00000046

где

Figure 00000047
- пиксель
Figure 00000048
-го входного изображения низкого разрешения с координатами
Figure 00000049
, а
Figure 00000050
- целое число, соответствующее коэффициенту понижающей дискретизации (во сколько раз размер изображения высокого разрешения отличается от размера изображения низкого разрешения). Значение весового коэффициента
Figure 00000051
можно найти из вычисленной матрицы
Figure 00000052
, как ее элемент с координатами
Figure 00000053
:Where
Figure 00000047
- pixel
Figure 00000048
low-resolution input image with coordinates
Figure 00000049
, but
Figure 00000050
- an integer corresponding to the downsampling coefficient (how many times the size of the high resolution image differs from the size of the low resolution image). Weight coefficient
Figure 00000051
can be found from the calculated matrix
Figure 00000052
as its element with coordinates
Figure 00000053
:

Figure 00000054
Figure 00000054

где круглые скобки обозначают взятие соответствующего элемента матрицы.where parentheses indicate the capture of the corresponding matrix element.

[0054] Поскольку невозможно сохранить (требуется такое количество места, которое в данный момент недоступно для использования) решения всех возможных задач для всех возможных смещений, мы ввели два дополнительных ограничения: во-первых, рассматриваем только такие трансформации

Figure 00000008
, которые соответствуют одному и тому же смещению всех пикселей изображения высокого разрешения, во-вторых, рассматриваем только такие операторы
Figure 00000041
, которые представляют собой свертку (или циклическую свертку) с некоторым ненулевым ядром
Figure 00000055
с суммой элементов, равной нулю, например,
Figure 00000056
.[0054] Since it is impossible to save (such an amount of space is required that is currently not available for use) of solving all possible problems for all possible offsets, we introduced two additional restrictions: first, we consider only such transformations
Figure 00000008
that correspond to the same offset of all pixels of a high resolution image, secondly, we consider only such operators
Figure 00000041
which are convolution (or cyclic convolution) with some nonzero kernel
Figure 00000055
with the sum of elements equal to zero, for example,
Figure 00000056
.

[0055] Первое ограничение позволяет параметры решения

Figure 00000057
задавать не
Figure 00000058
матрицами размера размером
Figure 00000013
, а
Figure 00000014
парами смещений (по вертикали и горизонтали):[0055] The first limitation allows decision parameters
Figure 00000057
ask not
Figure 00000058
size matrices
Figure 00000013
, but
Figure 00000014
pairs of displacements (vertical and horizontal):

Figure 00000059
Figure 00000059

[0056] Реконструкция изображения высокого разрешения основана на сохранении предварительно вычисленных и сохраненных матриц

Figure 00000060
для всевозможных сочетаний смещений
Figure 00000061
.[0056] Reconstruction of the high resolution image is based on the preservation of pre-calculated and stored matrices
Figure 00000060
for all sorts of combinations of offsets
Figure 00000061
.

[0057] Согласно настоящему изобретению, для обеспечения очень точной аппроксимации

Figure 00000062
достаточно хранить лишь по нескольку элементов из каждой матрицы
Figure 00000060
при этом нет необходимости проводить вычисления для всех возможных смещений, достаточно сохранить результаты лишь для некоторых наборов
Figure 00000063
таких, что
Figure 00000064
. Более того, в результате построения такой аппроксимации отпадает необходимость исходного предположения, что смещения пикселей в изображениях низкого разрешения друг относительно друга (и относительно изображения высокого разрешения) одинаковы для всех пикселей изображения. Для корректного функционирования настоящего изобретения достаточно условия, чтобы лишь соседние пиксели изображения низкого разрешения в окрестности размером
Figure 00000065
имели одинаковые смещения относительно соответствующих пикселей в других изображениях низкого разрешения.[0057] According to the present invention, to provide a very accurate approximation
Figure 00000062
it is enough to store only a few elements from each matrix
Figure 00000060
there is no need to carry out calculations for all possible displacements; it is enough to save the results only for some sets
Figure 00000063
such that
Figure 00000064
. Moreover, the construction of such an approximation eliminates the need for the initial assumption that the pixel offsets in low-resolution images relative to each other (and relative to the high-resolution image) are the same for all pixels in the image. For the present invention to function correctly, it is sufficient that only neighboring pixels of a low resolution image in a neighborhood of size
Figure 00000065
had the same offset relative to the corresponding pixels in other low-resolution images.

Описание вариантов изобретенияDescription of the invention

[0058] На фиг. 1 показана блок-схема устройства 100 для обработки данных для сверхразрешения. Устройство 100 содержит блок 101 оценки смещения, блок 102 выбора фильтров, банк 103 фильтров, блок 104 получения изображения высокого разрешения. Устройство 100 для обработки данных для сверхразрешения может получать изображение высокого разрешения в формате RGB как из набора изображений низкого разрешения одной сцены в формате RGB, так и набора байеровских изображений низкого разрешения одной сцены[0058] FIG. 1 shows a block diagram of a super-resolution data processing apparatus 100. The device 100 comprises an offset estimation unit 101, a filter selection unit 102, a filter bank 103, a high resolution image acquisition unit 104. The super-resolution data processing apparatus 100 can obtain a high resolution RGB image from both a set of low resolution images of one scene in RGB format and a set of low resolution Bayer images of one scene

[0059] Блок 101 оценки смещения принимает набор изображений низкого разрешения одной сцены и получает наборы смещений пикселей для изображений низкого разрешения для всех пикселей. Принимаем как условие то, что первое изображение имеет нулевое смещение, и смещения для других изображений будут вычисляться относительно первого изображения. Если набор изображений низкого разрешения одной сцены содержит изображения в формате RGB, то для каждых

Figure 00000066
пикселей выходного изображения с координатами
Figure 00000067
, причем
Figure 00000068
- коэффициент понижающей дискретизации, выполняют следующие операции:[0059] The offset estimation unit 101 receives a set of low-resolution images of one scene and obtains sets of pixel offsets for low-resolution images for all pixels. We accept as a condition that the first image has a zero offset, and offsets for other images will be calculated relative to the first image. If a set of low-resolution images of one scene contains images in RGB format, then for each
Figure 00000066
pixels of the output image with coordinates
Figure 00000067
, and
Figure 00000068
- downsampling coefficient, perform the following operations:

- вычисляют координаты соответствующего пикселя в первом изображении низкого разрешения

Figure 00000069
,- calculate the coordinates of the corresponding pixel in the first low-resolution image
Figure 00000069
,

- вычисляют смещения

Figure 00000070
относительно пикселя с координатами
Figure 00000071
в первом изображении низкого разрешения пикселей других изображений низкого разрешения, соответствующих тому же фрагменту для изображения.- calculate offsets
Figure 00000070
relative to the pixel with coordinates
Figure 00000071
in the first low-resolution image, pixels of other low-resolution images corresponding to the same fragment for the image.

[0060] Затем блок 101 оценки смещения получает наборы целочисленных смещений пикселей посредством вычисления целочисленного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы целочисленных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения, и получает наборы дробных смещений пикселей посредством вычисления дробного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы дробных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения. Для каждого из смещений пикселей изображений низкого разрешения

Figure 00000070
вычисляют целочисленное смещение
Figure 00000072
и дробное смещение
Figure 00000073
, где квадратные скобки соответствуют операции взятия целой части.[0060] Then, the offset estimation unit 101 obtains sets of integer pixel offsets by calculating integer pixel offsets for each pixel offset, wherein the sets of integer pixel offsets correspond to sets of pixel offsets for low resolution images, and obtains sets of fractional pixel offsets by calculating fractional pixel offsets for each pixel offset, with sets of fractional pixel offsets corresponding to sets of pixel offsets for low resolution images. For each of the pixel offsets of low-resolution images
Figure 00000070
calculate integer offset
Figure 00000072
and fractional displacement
Figure 00000073
where the square brackets correspond to the operation of taking the integer part.

[0061] Банк 103 фильтров хранит предварительно вычисленные наборы фильтров. Набором фильтров является набор величин, по которым можно однозначно восстановить матрицу

Figure 00000062
для некоторого набора смещений
Figure 00000061
. При этом благодаря первому и второму ограничениям, описанным в разделе «Решение задачи сверхразрешения согласно настоящему изобретению» для восстановления каждого пикселя выходного изображения требуется не больше
Figure 00000065
пикселей входного изображения. Банк 103 фильтров содержит совокупность наборов фильтров, вычисленных для всевозможных сочетаний
Figure 00000063
таких, что
Figure 00000064
, где
Figure 00000048
- количество используемых изображений низкого разрешения.[0061] Filter bank 103 stores pre-computed filter sets. A set of filters is a set of values by which the matrix can be uniquely restored.
Figure 00000062
for some set of offsets
Figure 00000061
. Moreover, due to the first and second limitations described in the section “Solving the Super Resolution Problem According to the Present Invention” no more is needed to restore each pixel of the output image
Figure 00000065
pixels of the input image. Bank 103 filters contains a set of filter sets calculated for all kinds of combinations
Figure 00000063
such that
Figure 00000064
where
Figure 00000048
- the number of low resolution images used.

[0062] Блок 102 выбора фильтров предназначен для выбора наборов фильтров из банка фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей. Для каждого дробного смещения для изображений низкого разрешения

Figure 00000074
выбирают соответствующий набор фильтров
Figure 00000075
где каждый из фильтров
Figure 00000076
состоит из
Figure 00000077
величин (весовых коэффициентов фильтра):[0062] The filter selection unit 102 is for selecting filter sets from a filter bank based on sets of fractional pixel offsets. For each fractional offset for low resolution images
Figure 00000074
select the appropriate filter set
Figure 00000075
where each of the filters
Figure 00000076
consists of
Figure 00000077
values (filter weights):

Figure 00000078
и
Figure 00000079
,
Figure 00000078
and
Figure 00000079
,

где

Figure 00000080
- весовые коэффициенты фильтра.Where
Figure 00000080
- filter weights.

[0063] Блок 104 получения изображения высокого разрешения получает изображение высокого разрешения в формате RGB посредством вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием набора изображений низкого разрешения, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей. Получение изображения высокого разрешения в формате RGB выполняется следующим образом. Сначала из изображений низкого разрешения выбирают наборы пикселей

Figure 00000081
, такие, что[0063] The high-resolution image acquisition unit 104 obtains a high-resolution image in RGB format by computing pixels of a high-resolution image using a set of low-resolution images, selected filter sets, and sets of integer pixel offsets. Obtaining high-resolution images in RGB format is as follows. First, pixel sets are selected from the low-resolution images.
Figure 00000081
such that

Figure 00000082
,
Figure 00000082
,

где

Figure 00000083
- пиксель из входного изображения с номером
Figure 00000084
с координатами
Figure 00000085
. Затем вычисляют каждый из пикселей блока выходного изображения с координатами
Figure 00000086
как сумму скалярных произведений
Figure 00000087
и
Figure 00000076
для
Figure 00000088
:Where
Figure 00000083
- pixel from input image with number
Figure 00000084
with coordinates
Figure 00000085
. Then, each of the pixels of the output image block with the coordinates is calculated
Figure 00000086
as the sum of scalar products
Figure 00000087
and
Figure 00000076
for
Figure 00000088
:

Figure 00000089
Figure 00000089

[0064] Приведенная выше реализация позволяет вычислять изображение высокого разрешения в реальном времени в любой цифровой камере с функцией серийной съемки.[0064] The above implementation allows calculating a high resolution image in real time in any digital camera with a burst function.

[0065] Отличие обработки набора байеровских изображений низкого разрешения от обработки изображений низкого разрешения в формате RGB заключается только в том, что при коэффициенте понижающей дискретизации

Figure 00000068
обрабатывают группы не
Figure 00000066
, а по
Figure 00000090
пикселей, где 3 - это количество выходных цветовых каналов.[0065] The difference between processing a set of low-resolution Bayer images and low-resolution image processing in RGB format is only that with a downsampling ratio
Figure 00000068
do not handle groups
Figure 00000066
, and
Figure 00000090
pixels, where 3 is the number of output color channels.

[0066] Вычисление дробных смещений пикселей в байеровских изображениях также отличается от вычисления дробных смещений пикселей в изображениях в формате RGB. Для байеровских изображений в основу положен классический метод оптического потока Лукаса-Канаде. Метод состоит в следующем: пусть требуется найти смещение

Figure 00000091
между изображениями
Figure 00000092
и
Figure 00000093
в точке изображения с координатами
Figure 00000094
.[0066] The calculation of fractional pixel offsets in Bayer images is also different from the calculation of fractional pixel offsets in RGB images. For Bayer images, the classic Lucas-Canada optical flux method is used. The method is as follows: let it be required to find the offset
Figure 00000091
between images
Figure 00000092
and
Figure 00000093
at the image point with coordinates
Figure 00000094
.

Для этого вычисляются градиенты по времени

Figure 00000095
и вертикальному и горизонтальному направлению -
Figure 00000096
и
Figure 00000097
, соответственно.For this, time gradients are calculated
Figure 00000095
both vertical and horizontal direction -
Figure 00000096
and
Figure 00000097
, respectively.

Figure 00000098
Figure 00000098

Смещение находится путем решения уравнения

Figure 00000099
, гдеThe bias is found by solving the equation
Figure 00000099
where

Figure 00000100
.
Figure 00000100
.

Поскольку

Figure 00000095
также зависит от
Figure 00000101
и
Figure 00000102
, поиск этих величин является итерационным процессом. В качестве нулевого приближения используется нулевое смещение. Для получения более надежных результатов при построении
Figure 00000103
и
Figure 00000104
вместо отдельных значений градиентов берется их сумма в пределах
Figure 00000105
- окрестности точки
Figure 00000094
Insofar as
Figure 00000095
also depends
Figure 00000101
and
Figure 00000102
The search for these quantities is an iterative process. Zero bias is used as the zeroth approximation. For more reliable results when building
Figure 00000103
and
Figure 00000104
instead of individual values of gradients, their sum is taken within
Figure 00000105
- neighborhood of a point
Figure 00000094

Figure 00000106
Figure 00000106

Для того, чтобы метод разумно вел себя в низко-текстурированных областях изображения, имеет смысл использовать регуляризациюIn order for the method to behave reasonably in low-textured areas of the image, it makes sense to use regularization

Figure 00000107
Figure 00000107

В качестве еще одного улучшения можно использовать сглаживание Гауссовским окном

Figure 00000108
As another improvement, you can use anti-aliasing with a Gaussian window
Figure 00000108

Figure 00000109
Figure 00000109

Поскольку метод Лукаса-Канаде предназначен для определения смещений амплитудой до одного пикселя, для оценки смещений в реальных изображениях, которые могут достигать нескольких пикселей, можно использовать несколько способов вычисления, например, в качестве не ограничивающего примера, можно использовать многомасштабную схему без применения анизотропной фильтрации. Кроме того, в качестве не ограничивающего примера, можно использовать 3 уровня - ¼ разрешения в формате YCbCr, ½ разрешения в формате YCbCr и полное изображение в формате Байера. При построении матриц

Figure 00000103
и
Figure 00000104
для трехканальных изображений производится сложение градиентов по всем трем каналам. Для вычисления градиентов для изображений в Байеровском формате мы использовали формулы:Since the Lucas-Canada method is designed to determine displacements with an amplitude of up to one pixel, to estimate the displacements in real images that can reach several pixels, several calculation methods can be used, for example, as a non-limiting example, a multiscale scheme can be used without anisotropic filtering. In addition, as a non-limiting example, you can use 3 levels - ¼ resolution in YCbCr format, ½ resolution in YCbCr format and the full image in Bayer format. When building matrices
Figure 00000103
and
Figure 00000104
for three-channel images, gradients are added over all three channels. To calculate the gradients for images in Bayer format, we used the formulas:

Figure 00000110
Figure 00000110

где значение

Figure 00000111
получено путем билинейной интерполяции Байеровского изображения с использованием пикселей одного и того же цветаwhere is the meaning
Figure 00000111
obtained by bilinear interpolation of a Bayer image using pixels of the same color

Figure 00000112
Figure 00000112

для синего и красного,

Figure 00000113
где
Figure 00000114
- операция округления вниз. Для зеленых пикселей билинейная интерполяция применялась к пикселям
Figure 00000115
,
Figure 00000113
где
Figure 00000116
- операция округления к ближайшему целому.for blue and red,
Figure 00000113
Where
Figure 00000114
- rounding operation down. For green pixels, bilinear interpolation was applied to pixels
Figure 00000115
,
Figure 00000113
Where
Figure 00000116
- rounding operation to the nearest integer.

[0067] Операция выбора набора фильтров для байеровских изображений также отличается от выбора набора фильтров для изображений в формате RGB. Для байеровских изображений в блоке 102 выбора фильтров из банка 103 фильтров выбирают набор фильтров

Figure 00000117
где
Figure 00000118
- это номер цветового, соответствующий набору смещений
Figure 00000063
, где каждый из фильтров
Figure 00000119
состоит из
Figure 00000077
величин (весовых коэффициентов фильтра):[0067] The operation of selecting a filter set for Bayer images is also different from selecting a filter set for images in RGB format. For Bayer images in the filter selection block 102, a filter set is selected from the filter bank 103
Figure 00000117
Where
Figure 00000118
is the color number corresponding to the set of offsets
Figure 00000063
where each of the filters
Figure 00000119
consists of
Figure 00000077
values (filter weights):

Figure 00000120
и
Figure 00000121
,
Figure 00000120
and
Figure 00000121
,

где

Figure 00000080
- весовые коэффициенты фильтра.Where
Figure 00000080
- filter weights.

[0068] Вычисление пикселей изображения высокого разрешения с использованием набора байеровских изображений низкого разрешения отличается от вышеприведенного вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием набора изображений низкого разрешения в формате RGB тем, что в блоке 104 получения изображения высокого разрешения вычисляют каждый из пикселей блока выходного изображения с координатами

Figure 00000122
для каждого цветового канала
Figure 00000123
как сумму скалярных произведений
Figure 00000087
и
Figure 00000119
для
Figure 00000088
:[0068] The calculation of pixels of a high resolution image using a set of low resolution Bayer images is different from the above calculation of pixels of a high resolution image using a set of low resolution RGB images in that each of the pixels of the output image block with coordinates
Figure 00000122
for each color channel
Figure 00000123
as the sum of scalar products
Figure 00000087
and
Figure 00000119
for
Figure 00000088
:

Figure 00000124
Figure 00000124

[0069] Предварительное вычисление фильтров для банка 103 фильтров производится на высокопроизводительном компьютере по следующей процедуре:[0069] The preliminary calculation of the filters for the bank of 103 filters is performed on a high-performance computer according to the following procedure:

- выбирают размер получаемого изображения высокого разрешения изображения, например,

Figure 00000013
;- choose the size of the resulting image in high resolution image, for example,
Figure 00000013
;

- строят матрицу оператора регуляризации

Figure 00000041
для изображения размером
Figure 00000013
;- construct a matrix of the regularization operator
Figure 00000041
for image size
Figure 00000013
;

- если имеющийся метод определения дробного смещения имеет точность

Figure 00000125
, где
Figure 00000126
- степень двойки, то для получения изображения высокого разрешения из любого набора смещений, вычисленного с доступной точностью, строят наборы фильтров для конечного числа наборов смещений
Figure 00000063
, где
Figure 00000127
и каждое из остальных смещений может принимать одно из
Figure 00000126
значений- if the existing method for determining fractional displacement has accuracy
Figure 00000125
where
Figure 00000126
is a power of two, then to obtain a high-resolution image from any set of offsets calculated with available accuracy, filter sets are constructed for a finite number of sets of offsets
Figure 00000063
where
Figure 00000127
and each of the other displacements can take one of
Figure 00000126
values

Figure 00000128
эта совокупность наборов смещений является базовым набором;
Figure 00000128
this set of displacement sets is a basic set;

- для каждого набора смещений

Figure 00000063
из базового набора выполняют следующие операции:- for each set of offsets
Figure 00000063
from the base set perform the following operations:

- для каждой пары смещений

Figure 00000129
вычисляют оператор трансформации
Figure 00000130
, производящий соответствующее смещение пикселей изображения размером
Figure 00000013
,- for each pair of offsets
Figure 00000129
compute the transformation operator
Figure 00000130
producing an appropriate pixel offset of the image size
Figure 00000013
,

- строят матрицу

Figure 00000131
,- build a matrix
Figure 00000131
,

- строят матрицу

Figure 00000132
,- build a matrix
Figure 00000132
,

- выбирают из матрицы элементы, соответствующие элементам фильтров выбирают набор фильтров

Figure 00000133
для
Figure 00000134
при помощи следующих операций:- select from the matrix the elements corresponding to the filter elements select a set of filters
Figure 00000133
for
Figure 00000134
using the following operations:

- выбирают центральный пиксель с координатами

Figure 00000135
в изображении размером
Figure 00000013
так, чтобы
Figure 00000136
и
Figure 00000137
были кратны коэффициенту понижающей дискретизации
Figure 00000050
,- choose a central pixel with coordinates
Figure 00000135
in image size
Figure 00000013
so that
Figure 00000136
and
Figure 00000137
were multiples of the downsampling coefficient
Figure 00000050
,

- для каждого

Figure 00000138
выбирают из матрицы
Figure 00000052
строку под номером
Figure 00000139
и обозначают
Figure 00000140
,- for everybody
Figure 00000138
choose from matrix
Figure 00000052
line number
Figure 00000139
and denote
Figure 00000140
,

- из каждой строки

Figure 00000140
выделяют
Figure 00000048
последовательно идущих подстрок
Figure 00000141
длины
Figure 00000142
каждая,- from each line
Figure 00000140
emit
Figure 00000048
consecutive substrings
Figure 00000141
lengths
Figure 00000142
each

- каждую из подстрок

Figure 00000143
преобразуют в матрицу
Figure 00000144
так, чтобы элемент вектора с номером
Figure 00000015
становился элементом матрицы с индексами:- each of the substrings
Figure 00000143
convert to matrix
Figure 00000144
so that the vector element with number
Figure 00000015
became an element of the matrix with indices:

Figure 00000145
Figure 00000145

где

Figure 00000114
- операция округления внизWhere
Figure 00000114
- rounding down operation

- из каждой матрицы

Figure 00000144
выбирают
Figure 00000077
коэффициентов
Figure 00000146
фильтра
Figure 00000147
так, что- from each matrix
Figure 00000144
choose
Figure 00000077
coefficients
Figure 00000146
filter
Figure 00000147
so that

Figure 00000148
.
Figure 00000148
.

[0070] Предварительное вычисление фильтров для банка 103 фильтров для набора байеровских изображений низкого разрешения отличается от соответствующего решения для изображений в формате RGB следующими операциями:[0070] The preliminary calculation of the filters for the bank of 103 filters for a set of Bayer low-resolution images differs from the corresponding solution for images in the RGB format by the following operations:

- если имеющийся метод определения дробных смещений пикселей имеет точность

Figure 00000149
, то рассматривается базовый набор смещений, где каждое смещение принимает одно из возможных
Figure 00000150
значений от
Figure 00000151
до
Figure 00000152
,- if the existing method for determining fractional displacements of pixels has accuracy
Figure 00000149
, then we consider a basic set of offsets, where each offset takes one of the possible
Figure 00000150
values from
Figure 00000151
before
Figure 00000152
,

- строят матрицу

Figure 00000153
,- build a matrix
Figure 00000153
,

где

Figure 00000154
- оператор понижающей дискретизации для изображений в формате RGB,
Figure 00000155
- оператор сглаживания для изображений в формате RGB,
Figure 00000156
- оператор трансформации для получения k-го изображения в формате RGB. При этом операторы для изображений в формате RGB получают из соответствующих операторов для одноканальных изображений согласно формулам:Where
Figure 00000154
- downsampling operator for images in RGB format,
Figure 00000155
- smoothing operator for images in RGB format,
Figure 00000156
- transformation operator for obtaining the k-th image in RGB format. Moreover, operators for images in RGB format are obtained from the corresponding operators for single-channel images according to the formulas:

Figure 00000157
Figure 00000157

оператор Байеровской понижающей дискретизации

Figure 00000158
можно построить в виде:Bayer downsampling operator
Figure 00000158
can be built in the form:

Figure 00000159
,
Figure 00000159
,

где

Figure 00000160
- оператор понижающей дискретизации в 2 раза по вертикали и горизонтали, соответственно, а
Figure 00000161
- оператор циклического сдвига на
Figure 00000162
столбцов по горизонтали и
Figure 00000163
строк по вертикали.Where
Figure 00000160
- the operator of downsampling 2 times vertically and horizontally, respectively, and
Figure 00000161
- cyclic shift operator by
Figure 00000162
horizontal columns and
Figure 00000163
rows vertically.

- строят матрицу

Figure 00000164
,- build a matrix
Figure 00000164
,

Кросс-канальный регуляризатор

Figure 00000165
для изображений в формате RGB строят в виде:Cross channel regularizer
Figure 00000165
for images in RGB format build in the form:

Figure 00000166
,
Figure 00000166
,

где

Figure 00000167
Where
Figure 00000167

- для каждого

Figure 00000138
выбирают из матрицы
Figure 00000052
три строки с номерами
Figure 00000139
,
Figure 00000168
и
Figure 00000169
, соответствующие трем цветовым каналам выходного изображения и обозначают
Figure 00000170
,- for everybody
Figure 00000138
choose from matrix
Figure 00000052
three lines with numbers
Figure 00000139
,
Figure 00000168
and
Figure 00000169
corresponding to the three color channels of the output image and denote
Figure 00000170
,

- из каждой строки

Figure 00000171
делят на
Figure 00000048
равных последовательно идущих подстрок
Figure 00000172
,- from each line
Figure 00000171
divided by
Figure 00000048
equal consecutive substrings
Figure 00000172
,

- каждую из подстрок

Figure 00000173
делят на 4 равные последовательные части
Figure 00000174
и преобразуют каждую из этих частей в матрицу
Figure 00000175
и
Figure 00000176
, соответственно (размер каждой из матриц
Figure 00000177
),
Figure 00000178
так, чтобы элемент вектора с номером
Figure 00000015
превращался в элемент матрицы с индексами:- each of the substrings
Figure 00000173
divided into 4 equal consecutive parts
Figure 00000174
and transform each of these parts into a matrix
Figure 00000175
and
Figure 00000176
, respectively (the size of each of the matrices
Figure 00000177
),
Figure 00000178
so that the vector element with number
Figure 00000015
turned into a matrix element with indices:

Figure 00000179
Figure 00000179

где

Figure 00000114
- операция округления вниз,Where
Figure 00000114
- rounding operation down

- из четырех матриц

Figure 00000180
выбирают по
Figure 00000181
весовых коэффициентов
Figure 00000182
фильтра
Figure 00000183
размером
Figure 00000077
так, что:- of four matrices
Figure 00000180
choose by
Figure 00000181
weighting factors
Figure 00000182
filter
Figure 00000183
the size
Figure 00000077
so that:

Figure 00000184
Figure 00000184

[0071] Для

Figure 00000126
уровней квантования смещения,
Figure 00000048
входных изображений и коэффициенте увеличения в
Figure 00000050
раз потребуется
Figure 00000185
наборов по
Figure 00000186
фильтров. Эксперименты показали, что для получения изображения высокого разрешения из изображений в формате RGB достаточно фильтров размером 11×11. Поскольку при использовании операций сверх разрешения для восстановления тонких деталей имеют ценность только дробные смещения пикселей, для надежного их восстановления необходимо, чтобы смещения между пикселями входных изображений было невелико. При пакетной съемке с использованием, например, камеры мобильного телефона без применения штатива этого можно достигнуть только при небольшом количестве входных изображений (не более 4-х). Точность надежной оценки дробных смещений пикселей не превышает
Figure 00000187
пикселя. Количество величин, которые необходимо вычислить и сохранить для некоторых применимых на практике сочетаний точности оценки смещения, количества входных изображений и коэффициента увеличения приведено в таблице B01.[0071] For
Figure 00000126
bias quantization levels,
Figure 00000048
input images and magnification in
Figure 00000050
times required
Figure 00000185
sets of
Figure 00000186
filters. The experiments showed that 11 × 11 filters are sufficient to obtain high-resolution images from RGB images. Since when using operations beyond the resolution to restore thin details, only fractional pixel shifts are of value, to reliably restore them, it is necessary that the shifts between the pixels of the input images are small. In batch shooting using, for example, a mobile phone camera without using a tripod, this can be achieved only with a small number of input images (no more than 4). Accuracy of reliable estimation of fractional pixel displacements does not exceed
Figure 00000187
pixels. The number of values that need to be calculated and stored for some practical combinations of the accuracy of the bias estimate, the number of input images and the magnification factor is given in table B01.

Таблица B01Table B01

К-во входных изображений

Figure 00000188
Number of input images
Figure 00000188
Коэффициент увеличения
Figure 00000189
Zoom ratio
Figure 00000189
Точность оценки смещения пикселя
Figure 00000190
Pixel Offset Estimation Accuracy
Figure 00000190
Количество наборов фильтровNumber of Filter Sets Количество фильтров в набореThe number of filters in the set Полное количество сохраняемых величин, MbThe total number of stored values, Mb 22 22 1/21/2 4four 88 0.0036926270.003692627 33 22 1/21/2 1616 1212 0.020.02 4four 22 1/21/2 6464 1616 0.120.12 22 33 1/41/4 1616 18eighteen 0.030.03 33 33 1/41/4 256256 2727 0.800.80 4four 33 1/41/4 40964096 3636 17.0202.17 22 4four 1/41/4 1616 3232 0.060.06 33 4four 1/41/4 256256 4848 1.421.42 4four 4four 1/41/4 40964096 6464 30.2530.25

[0072] Аналогично для получения изображения высокого разрешения из входных байеровских изображений для

Figure 00000126
уровней квантования смещения,
Figure 00000048
входных изображений и коэффициенте увеличения в
Figure 00000050
раз потребуется
Figure 00000191
наборов по
Figure 00000192
фильтров (множитель 3 возникает по причине наличия 3х цветовых каналов изображения - R (красного), G (зеленого) и B (синего)). Эксперименты показали, что для получения изображения высокого разрешения из байеровских изображений достаточно фильтров размером 16×16, а при небольшой потере точности достаточно и 12×12. Количество величин, которые необходимо вычислить и сохранить для получения изображения высокого разрешения из байеровских изображений для некоторых применимых на практике сочетаний точности оценки смещения пикселей, количества входных изображений и коэффициента увеличения приведено в таблице B02.[0072] Similarly, to obtain a high resolution image from input Bayer images for
Figure 00000126
bias quantization levels,
Figure 00000048
input images and magnification in
Figure 00000050
times required
Figure 00000191
sets of
Figure 00000192
filters (multiplier 3 occurs due to the presence of 3 color channels of the image - R (red), G (green) and B (blue)). The experiments showed that to obtain a high-resolution image from Bayer images, 16 × 16 filters are enough, and with a small loss of accuracy, 12 × 12 are enough. The number of values that must be calculated and stored in order to obtain a high-resolution image from Bayer images for some practical combinations of the accuracy of estimating the pixel displacement, the number of input images, and the magnification factor are given in Table B02.

Таблица B02Table B02

К-во входных изображений

Figure 00000188
Number of input images
Figure 00000188
Коэффициент увеличения
Figure 00000189
Zoom ratio
Figure 00000189
Точность оценки смещения пикселя
Figure 00000193
Pixel Offset Estimation Accuracy
Figure 00000193
Количество наборов фильтровNumber of Filter Sets Количество фильтров в набореThe number of filters in the set Полное количество сохраняемых величин, MbThe total number of stored values, Mb 22 22 1/21/2 1616 9696 0.380.38 33 22 1/21/2 256256 144144 9.009.00 4four 22 1/21/2 40964096 192192 192.00192.00 22 33 1/41/4 6464 216216 3.383.38 33 33 1/41/4 40964096 324324 324.00324.00 4four 33 1/41/4 262144262144 432432 27648.0027648.00 22 4four 1/41/4 6464 384384 6.006.00 33 4four 1/41/4 40964096 576576 576.00576.00 4four 4four 1/41/4 262144262144 768768 49152.0049152.00

[0073] Из приведенных таблиц видно, что количество сохраняемых величин крайне велико. Для уменьшения этого количества, т.е. для уменьшения количества фильтров, хранимых в банке 103 фильтров, в настоящем изобретении предлагается использовать следующие принципы в качестве условий совпадения смещений пикселей.[0073] From the above tables it is seen that the number of stored values is extremely large. To reduce this amount, i.e. to reduce the number of filters stored in the filter bank 103, the present invention proposes to use the following principles as the conditions for matching pixel offsets.

[0074] Условие совпадения смещений пикселей (1) - если два набора смещений совпадают с точностью до перемены порядка входных изображений, то и вычисленные фильтры будут совпадать с точностью до порядка изображений.[0074] The condition for the coincidence of pixel offsets (1) is that if two sets of offsets coincide up to a change in the order of input images, then the calculated filters will coincide up to an order of images.

[0075] Условие совпадения смещений пикселей (2) - если в двух наборах смещений

Figure 00000194
и
Figure 00000195
смещения совпадают с точностью до замены координат
Figure 00000196
, то и вычисленные фильтры будут совпадать с точностью до порядка координатных осей.[0075] Condition for matching pixel offsets (2) - if in two sets of offsets
Figure 00000194
and
Figure 00000195
displacements coincide up to a change of coordinates
Figure 00000196
, then the calculated filters will coincide up to the order of the coordinate axes.

[0076] Условие совпадения смещений пикселей (3) - если в двух наборах смещений

Figure 00000194
и
Figure 00000195
смещения совпадают с точностью до целочисленных смещений
Figure 00000197
и
Figure 00000198
:
Figure 00000199
, то вычисленные фильтры будут совпадать, а при применении фильтров пиксели из изображений низкого разрешения следует брать с учетом смещений
Figure 00000197
и
Figure 00000198
.[0076] Condition for matching pixel offsets (3) - if in two sets of offsets
Figure 00000194
and
Figure 00000195
displacements coincide up to integer displacements
Figure 00000197
and
Figure 00000198
:
Figure 00000199
, then the calculated filters will coincide, and when applying filters, pixels from low-resolution images should be taken taking into account the offsets
Figure 00000197
and
Figure 00000198
.

[0077] Условие совпадения смещений пикселей (4) - если в двух наборах смещений

Figure 00000194
и
Figure 00000195
, смещения совпадают с точностью до знака
Figure 00000200
, где
Figure 00000201
, то вычисленные фильтры будут совпадать с точностью до зеркального отображения относительно осей абсцисс и ординат, соответственно.[0077] Condition for matching pixel offsets (4) - if in two sets of offsets
Figure 00000194
and
Figure 00000195
, displacements coincide up to a sign
Figure 00000200
where
Figure 00000201
, then the calculated filters will coincide up to a mirror image relative to the abscissa and ordinate, respectively.

[0078] Условие совпадения смещений пикселей (5) если в наборе смещений некоторые смещения совпадают, например,

Figure 00000202
, то в наборе фильтров можно хранить значения, соответствующие только одному из этих изображений.[0078] A condition for matching pixel offsets (5) if some offsets coincide in the set of offsets, for example,
Figure 00000202
, then in the filter set you can store values that correspond to only one of these images.

[0079] На примере показано, как можно применить эти принципы для сжатия банка фильтров в 1-й строке таблицы (изображение в формате RGB,

Figure 00000203
). Количество фильтров в исходном банке фильтров оценивается как
Figure 00000204
. При
Figure 00000205
рассматриваются следующие наборы смещений (предполагая
Figure 00000206
):[0079] An example shows how these principles can be applied to compress a filter bank in the 1st row of a table (RGB image,
Figure 00000203
) The number of filters in the original filter bank is estimated as
Figure 00000204
. At
Figure 00000205
the following sets of offsets are considered (assuming
Figure 00000206
):

Таблица B03Table B03

№ набораSet No.

Figure 00000207
Figure 00000207
Figure 00000208
Figure 00000208
Figure 00000209
Figure 00000209
Figure 00000210
Figure 00000210
Сводится к набору при помощи свойства (1)It is reduced to a set using property (1) Сводится к набору при помощи свойства (2)It is reduced to a set using property (2) Сводится к набору при помощи свойств (1) и (2)It is reduced to a set using the properties (1) and (2) Вхождение в сокращенный наборShortcut entry 1one 00 00 00 00 1one 1one 1one ++ 22 00 00 00
Figure 00000211
Figure 00000211
55 33 99 ++
33 00 00
Figure 00000211
Figure 00000211
00 99 22 55 --
4four 00 00
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
1313 4four 1313 ++
55 00
Figure 00000211
Figure 00000211
00 00 22 99 33 --
66 00
Figure 00000211
Figure 00000211
00
Figure 00000211
Figure 00000211
66 11eleven 11eleven ++
77 00
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
00 1010 1010 77 ++
88 00
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
14fourteen 1212 15fifteen ++
99
Figure 00000211
Figure 00000211
00 00 00 33 55 22 --
1010
Figure 00000211
Figure 00000211
00 00
Figure 00000211
Figure 00000211
77 77 1010 --
11eleven
Figure 00000211
Figure 00000211
00
Figure 00000211
Figure 00000211
00 11eleven 66 66 --
1212
Figure 00000211
Figure 00000211
00
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
15fifteen 88 14fourteen --
1313
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
00 00 4four 1313 4four --
14fourteen
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
00
Figure 00000211
Figure 00000211
88 15fifteen 1212 --
15fifteen
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
00 1212 14fourteen 88 --
1616
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
Figure 00000211
1616 1616 1616 ++

[0080]Благодаря свойству (3) мы можем не включать в рассматриваемый набор смещения величины

Figure 00000212
и т.п. В 6-8 столбцах таблицы перечислены наборы, которые могут быть получены из текущего набора благодаря свойствам (1) и (2). В 9-й графе выбраны по порядку те наборы, которые необходимы для порождения всех прочих. В рассматриваемом случае достаточно рассмотреть 7 из 16 наборов. В настоящем примере свойство (4) не было применено, однако, если рассмотреть
Figure 00000213
, то применение свойства (4) позволит сократить количество рассматриваемых смещений с 256 до 34.[0080] Due to property (3), we may not include the quantities
Figure 00000212
etc. The 6-8 columns of the table list the sets that can be obtained from the current set due to properties (1) and (2). In the 9th column, those sets are selected in order that are necessary for generating all the others. In this case, it suffices to consider 7 of the 16 sets. In the present example, property (4) was not applied, however, if we consider
Figure 00000213
, then the use of property (4) will reduce the number of displacements under consideration from 256 to 34.

[0081] При увеличении изображения в

Figure 00000050
раз для порождения каждого блока выходного изображения размером
Figure 00000214
фильтры для получения каждой точки можно параметризовать дробным смещением между интерполируемой точкой и ближайшими точками из изображений низкого разрешения. Каждый пиксель из блока можно охарактеризовать дробным смещением относительно его верхнего левого угла в координатах низкого разрешения. Например, для
Figure 00000215
пиксели из блока
Figure 00000216
соответствуют смещениям
Figure 00000217
,
Figure 00000218
Figure 00000219
,
Figure 00000220
;
Figure 00000221
,
Figure 00000222
,
Figure 00000223
[0081] When enlarging an image in
Figure 00000050
times to spawn each output image block of size
Figure 00000214
Filters for obtaining each point can be parameterized with a fractional shift between the interpolated point and the nearest points from low-resolution images. Each pixel from the block can be characterized by a fractional shift relative to its upper left corner in low-resolution coordinates. For example, for
Figure 00000215
pixels from block
Figure 00000216
correspond to offsets
Figure 00000217
,
Figure 00000218
Figure 00000219
,
Figure 00000220
;
Figure 00000221
,
Figure 00000222
,
Figure 00000223

[0082] Предположим, имеется набор смещений

Figure 00000224
где
Figure 00000225
- номер текущего набора среди перенумерованных всевозможных смещений, тогда каждый фильтр, соответствующий этому набору, можно характеризовать смещением
Figure 00000226
, где
Figure 00000227
, а
Figure 00000228
и
Figure 00000229
пробегают всевозможные значения от 0 до
Figure 00000230
. Тогда фильтры, соответствующие некоторым смещениям
Figure 00000231
и
Figure 00000232
(т.е. могут рассматриваться фильтры, построенные для разных наборов смещений и для разных дробных смещений относительно верхнего левого угла блока), будут удовлетворять свойствам, аналогичным свойствам (1)-(5).[0082] Suppose there is a set of offsets
Figure 00000224
Where
Figure 00000225
- the number of the current set among the renumbered all kinds of offsets, then each filter corresponding to this set can be characterized by an offset
Figure 00000226
where
Figure 00000227
, but
Figure 00000228
and
Figure 00000229
run through all sorts of values from 0 to
Figure 00000230
. Then the filters corresponding to some offsets
Figure 00000231
and
Figure 00000232
(i.e., filters constructed for different sets of displacements and for different fractional displacements relative to the upper left corner of the block can be considered) will satisfy properties similar to properties (1) - (5).

[0083] Условие совпадения смещений пикселей (6) - если смещения

Figure 00000233
и
Figure 00000232
совпадают с точностью до целочисленных сдвигов, то вычисленные фильтры будут совпадать, а при применении фильтров пиксели из изображений низкого разрешения следует брать с учетом соответствующих сдвигов.[0083] Condition for matching pixel offsets (6) - if offsets
Figure 00000233
and
Figure 00000232
coincide up to integer shifts, then the calculated filters will coincide, and when applying filters, pixels from low-resolution images should be taken taking into account the corresponding shifts.

[0084] Условие совпадения смещений пикселей (7) - если смещения

Figure 00000233
и
Figure 00000232
совпадают с точностью до перемены порядка входных изображений, то и вычисленные фильтры будут совпадать с точностью до порядка изображений.[0084] The condition for matching pixel offsets (7) is if the offsets
Figure 00000233
and
Figure 00000232
coincide up to a change in the order of input images, then the calculated filters will coincide up to an order of images.

[0085] Условие совпадения смещений пикселей (8) - если смещения

Figure 00000233
и
Figure 00000232
совпадают с точностью до замены координат
Figure 00000234
, то и вычисленные фильтры будут совпадать с точностью до порядка координатных осей.[0085] Condition for matching pixel offsets (8) - if offsets
Figure 00000233
and
Figure 00000232
coincide up to a change of coordinates
Figure 00000234
, then the calculated filters will coincide up to the order of the coordinate axes.

[0086] Условие совпадения смещений пикселей (9) - если смещения

Figure 00000233
и
Figure 00000232
совпадают с точностью до знака, то вычисленные фильтры будут совпадать с точностью до зеркального отображения относительно осей абсцисс и ординат, соответственно.[0086] Condition for matching pixel offsets (9) - if offsets
Figure 00000233
and
Figure 00000232
coincide up to a sign, then the calculated filters will coincide up to a mirror image relative to the abscissa and ordinate, respectively.

[0087] Условие совпадения смещений пикселей (10) если смещении

Figure 00000233
некоторые пары элементов совпадают, например,
Figure 00000235
, то в наборе фильтров можно хранить значения, соответствующие только одному из изображений с номерами
Figure 00000236
и
Figure 00000237
.[0087] The condition for matching pixel offsets (10) if the offset
Figure 00000233
some pairs of elements match, for example,
Figure 00000235
, then in the filter set you can store values corresponding to only one of the images with numbers
Figure 00000236
and
Figure 00000237
.

[0088] Покажем применение данных свойств на том же примере. Для 7 наборов смещений, входящих в сокращенный набор (Таблица B03) составим вектора смещений для s

Figure 00000238
.[0088] We show the application of these properties in the same example. For 7 sets of displacements included in the reduced set (Table B03), we compose the displacement vectors for s
Figure 00000238
.

Таблица B04Table B04

№ уникального набораUnique Set No.

Figure 00000239
,
Figure 00000240
Figure 00000239
,
Figure 00000240
Figure 00000241
,
Figure 00000242
Figure 00000241
,
Figure 00000242
Figure 00000243
,
Figure 00000244
Figure 00000243
,
Figure 00000244
Figure 00000245
,
Figure 00000246
Figure 00000245
,
Figure 00000246
1one
Figure 00000247
Figure 00000247
Figure 00000248
Figure 00000248
Figure 00000249
Figure 00000249
Figure 00000250
Figure 00000250
22
Figure 00000251
Figure 00000251
Figure 00000252
Figure 00000252
Figure 00000253
Figure 00000253
Figure 00000254
Figure 00000254
33
Figure 00000255
Figure 00000255
Figure 00000256
Figure 00000256
Figure 00000257
Figure 00000257
Figure 00000258
Figure 00000258
4four
Figure 00000259
Figure 00000259
Figure 00000260
Figure 00000260
Figure 00000261
Figure 00000261
Figure 00000262
Figure 00000262
55
Figure 00000263
Figure 00000263
Figure 00000264
Figure 00000264
Figure 00000265
Figure 00000265
Figure 00000266
Figure 00000266
66
Figure 00000267
Figure 00000267
Figure 00000268
Figure 00000268
Figure 00000269
Figure 00000269
Figure 00000270
Figure 00000270
77
Figure 00000271
Figure 00000271
Figure 00000272
Figure 00000272
Figure 00000273
Figure 00000273
Figure 00000274
Figure 00000274

[0089] Пользуясь свойством (6) преобразуем смещения из Таблицы B04 в диапазон 0...1.[0089] Using property (6), we transform the offsets from Table B04 to the range 0 ... 1.

Таблица B05Table B05

№ уникального набораUnique Set No.

Figure 00000239
,
Figure 00000240
Figure 00000239
,
Figure 00000240
Figure 00000241
,
Figure 00000242
Figure 00000241
,
Figure 00000242
Figure 00000243
,
Figure 00000244
Figure 00000243
,
Figure 00000244
Figure 00000245
,
Figure 00000246
Figure 00000245
,
Figure 00000246
1one
Figure 00000247
Figure 00000247
Figure 00000248
Figure 00000248
Figure 00000249
Figure 00000249
Figure 00000250
Figure 00000250
22
Figure 00000251
Figure 00000251
Figure 00000252
Figure 00000252
Figure 00000275
Figure 00000275
Figure 00000276
Figure 00000276
33
Figure 00000255
Figure 00000255
Figure 00000277
Figure 00000277
Figure 00000278
Figure 00000278
Figure 00000279
Figure 00000279
4four
Figure 00000259
Figure 00000259
Figure 00000260
Figure 00000260
Figure 00000280
Figure 00000280
Figure 00000281
Figure 00000281
55
Figure 00000263
Figure 00000263
Figure 00000282
Figure 00000282
Figure 00000283
Figure 00000283
Figure 00000284
Figure 00000284
66
Figure 00000267
Figure 00000267
Figure 00000285
Figure 00000285
Figure 00000286
Figure 00000286
Figure 00000287
Figure 00000287
77
Figure 00000271
Figure 00000271
Figure 00000288
Figure 00000288
Figure 00000289
Figure 00000289
Figure 00000290
Figure 00000290

[0090] Для удобства дальнейшего анализа сгруппируем элементы из Таблицы B05 в соответствии с количеством нулей.[0090] For the convenience of further analysis, group the elements from Table B05 according to the number of zeros.

Таблица B06Table B06

№ п/пNo. p / p № уникального набораUnique Set No. № смещения пикселей при интерполяцииNo. of pixel offsets during interpolation Смещения пикселей относительно интерполируемой точкиPixel offsets relative to the interpolated point К-во нулейNumber of zeros Возможные повторенияPossible repetitions 1one 1one 00

Figure 00000247
Figure 00000247
66 1one 22 1one 1one
Figure 00000248
Figure 00000248
33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27
33 1one 22
Figure 00000249
Figure 00000249
33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27
4four 1one 33
Figure 00000250
Figure 00000250
00 4four
55 22 00
Figure 00000251
Figure 00000251
55 5,155.15
66 22 1one
Figure 00000252
Figure 00000252
22 6,12,16,20,22,256,12,16,20,22,25
77 22 22
Figure 00000275
Figure 00000275
4four 7,9,10,13,17,23,287,9,10,13,17,23,28
88 22 33
Figure 00000276
Figure 00000276
1one 8,148.14
99 33 00
Figure 00000255
Figure 00000255
4four 7,9,10,13,17,23,287,9,10,13,17,23,28
1010 33 1one
Figure 00000277
Figure 00000277
4four 7,9,10,13,17,23,287,9,10,13,17,23,28
11eleven 33 22
Figure 00000278
Figure 00000278
33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27
1212 33 33
Figure 00000279
Figure 00000279
22 6,12,16,20,22,256,12,16,20,22,25
1313 4four 00
Figure 00000259
Figure 00000259
4four 7,9,10,13,17,23,287,9,10,13,17,23,28
14fourteen 4four 1one
Figure 00000260
Figure 00000260
1one 8,148.14
15fifteen 4four 22
Figure 00000280
Figure 00000280
55 5,155.15
1616 4four 33
Figure 00000281
Figure 00000281
22 6,12,16,20,22,256,12,16,20,22,25
1717 55 00
Figure 00000263
Figure 00000263
4four 7,9,10,13,17,23,287,9,10,13,17,23,28
18eighteen 55 1one
Figure 00000282
Figure 00000282
33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27
1919 55 22
Figure 00000283
Figure 00000283
33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27
20twenty 55 33
Figure 00000284
Figure 00000284
22 6,12,16,20,22,256,12,16,20,22,25
2121 66 00
Figure 00000267
Figure 00000267
33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27
2222 66 1one
Figure 00000285
Figure 00000285
22 6,12,16,20,22,256,12,16,20,22,25
2323 66 22
Figure 00000286
Figure 00000286
4four 7,9,10,13,17,23,287,9,10,13,17,23,28
2424 66 33
Figure 00000287
Figure 00000287
33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27
2525 77 00
Figure 00000271
Figure 00000271
22 6,12,16,20,22,256,12,16,20,22,25
2626 77 1one
Figure 00000288
Figure 00000288
33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27
2727 77 22
Figure 00000289
Figure 00000289
33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27
2828 77 33
Figure 00000290
Figure 00000290
4four 7,9,10,13,17,23,287,9,10,13,17,23,28

[0091] Некоторые из элементов, перечисленных в 6-м столбце Таблицы B07 можно привести один к другому с использованием свойств (6) и (7).[0091] Some of the elements listed in the 6th column of Table B07 can be reduced to one another using properties (6) and (7).

Таблица B07Table B07

К-во нулейNumber of zeros Возможные повторенияPossible repetitions Смещения пикселей относительно интерполируемой точкиPixel offsets relative to the interpolated point 00 4four

Figure 00000250
Figure 00000250
1one 8,148.14 22 6,12,16,20,22,256,12,16,20,22,25 33 2,3,11,18,19,21,24,26,272,3,11,18,19,21,24,26,27 4four 7,9,10,13,17,23,287,9,10,13,17,23,28 55 5,155.15 66 1one
Figure 00000247
Figure 00000247

[0092] Свойство (8) полностью аналогично свойству (4), поэтому оно может быть задействовано при больших коэффициентах увеличения. Смещения, из которых благодаря свойствам (6)-(8) можно породить все прочие смещения приведены в Таблице B08. Всего можно ограничиться рассмотрением 13 смещений. Пользуясь свойством (10) можно также хранить лишь некоторое подмножество фильтров, соответствующее каждому смещению. Количество фильтров для каждого смещения указана в 4-м столбце Таблицы B08. Таким образом, для получения всех пикселей изображения высокого разрешения для любого смещения достаточно сохранения 26 фильтров вместо 192 исходных.[0092] Property (8) is completely similar to property (4), therefore, it can be used at high magnification factors. Displacements from which due to properties (6) - (8) all other offsets can be generated are given in Table B08. In total, we can limit ourselves to considering 13 biases. Using property (10), you can also store only a subset of filters corresponding to each bias. The number of filters for each offset is indicated in the 4th column of Table B08. Thus, to obtain all the pixels of a high-resolution image for any offset, it is enough to save 26 filters instead of 192 original ones.

Таблица B08Table B08

№ п/пNo. p / p № п/п из Табл. B04 No. of a payment order from Tab. B04 Смещения пикселейPixel offsets Количество фильтровNumber of filters 1one 1one

Figure 00000247
Figure 00000247
1one 22 22
Figure 00000248
Figure 00000248
1one
33 4four
Figure 00000250
Figure 00000250
1one
4four 55
Figure 00000251
Figure 00000251
22
55 66
Figure 00000252
Figure 00000252
22
66 77
Figure 00000275
Figure 00000275
22
77 88
Figure 00000276
Figure 00000276
22
88 99
Figure 00000255
Figure 00000255
22
99 11eleven
Figure 00000278
Figure 00000278
22
1010 1212
Figure 00000279
Figure 00000279
22
11eleven 1717
Figure 00000291
Figure 00000291
33
1212 18eighteen
Figure 00000282
Figure 00000282
33
1313 20twenty
Figure 00000284
Figure 00000284
33
ВсегоTotal 2626

[0093] Результат применения метода сжатия для 3х входных изображений приведен в таблице B09[0093] The result of applying the compression method for 3 input images is shown in table B09

Таблица B09Table B09

Формат входных изображенийInput image format К-во входных изображений

Figure 00000188
Number of input images
Figure 00000188
Коэффициент увеличения
Figure 00000189
Zoom ratio
Figure 00000189
Точность оценки смещения пикселя
Figure 00000292
Pixel Offset Estimation Accuracy
Figure 00000292
Количество фильтров в полном банке фильтровNumber of filters in a full filter bank Количество фильтров в сжатом банке фильтровNumber of filters in a compressed filter bank Коэффициент сжатияCompression ratio RGBRGB 33 22 ½½ 192192 2626 7.387.38 RGBRGB 33 4four ¼¼ 1228812288 300300 40.9640.96 Байеровский шаблонBayer pattern 33 22 ½½ 3686436864 450450 81.9281.92 Байеровский шаблонBayer pattern 33 4four ¼¼ 23592962359296 2575225752 91.6291.62

[0094] На фиг. 2 изображена блок-схема другого варианта осуществления устройства 100 для обработки данных для сверхразрешения, в котором учитывается направленность текстуры изображения при получении изображения высокого разрешения из набора изображений низкого разрешения одной сцены.[0094] FIG. 2 is a block diagram of another embodiment of a super-resolution data processing apparatus 100 that takes into account the directivity of the image texture when acquiring a high resolution image from a set of low resolution images of one scene.

[0095] В представленном на фиг. 2 варианте осуществления устройство 100 для обработки данных для сверхразрешения дополнительно включает в себя блок 105 оценки направления текстуры, который предназначен для определения направлений текстуры изображений низкого разрешения. Кроме того, в этом варианте осуществления наборы фильтров, хранящихся в банке фильтров, включают в себя наборы ненаправленных фильтров и наборы направленных фильтров. Ненаправленные фильтры представляют собой фильтры, ассоциированные с областями изображения, содержащими ненаправленную текстуру, а направленные фильтры представляют собой фильтры, ассоциированные с областями изображения, содержащими направленную текстуру.[0095] In the embodiment of FIG. 2 of the embodiment, the super resolution data processing apparatus 100 further includes a texture direction estimating unit 105, which is designed to determine texture directions of low resolution images. In addition, in this embodiment, the filter sets stored in the filter bank include omnidirectional filter sets and directional filter sets. Non-directional filters are filters associated with areas of an image containing an undirected texture, and directional filters are filters associated with areas of an image containing an undirected texture.

[0096] Блок 102 выбора фильтров дополнительно выполнен с возможностью выбора либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения, определенных блоком 105 оценки направления текстуры.[0096] The filter selection unit 102 is further configured to select either sets of omnidirectional filters or sets of directional filters based on sets of fractional pixel offsets and texture directions in low resolution images determined by the texture direction estimation unit 105.

[0097] Блок 105 оценки направления текстуры выполняет определение направлений текстуры изображений низкого разрешения следующим образом.[0097] The texture direction estimation unit 105 performs determination of the texture directions of the low-resolution images as follows.

[0098] Традиционно для оценки локального направления используют структурный тензор. Для этого составляют симметричную матрицу размером 2×2 структурного тензора, состоящую из сумм квадратов вертикальных и горизонтальных градиентов яркостей пикселей (изменений яркостей пикселей), вычисленных в некоторой окрестности, а также суммы произведений вертикальных и горизонтальных градиентов яркостей пикселей:[0098] Traditionally, a structural tensor is used to estimate the local direction. For this, a 2 × 2 symmetric matrix of the structural tensor is made up of the sums of squares of vertical and horizontal pixel brightness gradients (changes in pixel brightness) calculated in a certain neighborhood, as well as the sum of the products of vertical and horizontal pixel brightness gradients:

Figure 00000293
Figure 00000293

[0099] Затем вычисляют собственные числа

Figure 00000294
и собственные вектора
Figure 00000295
этой матрицы по формуле:[0099] Then calculate the eigenvalues
Figure 00000294
and eigenvectors
Figure 00000295
this matrix by the formula:

Figure 00000296
,
Figure 00000297
,
Figure 00000296
,
Figure 00000297
,

где

Figure 00000298
. На основании собственных чисел вычисляется когерентность
Figure 00000299
. Если когерентность не превышает предварительно заданного порога, это означает либо то, что рассматриваемая точка относится к слабо текстурированной области, либо к сильно текстурированной, но не имеющей одного наиболее выраженного направления. В противном случае вычисляется доминирующее направление текстуры в рассматриваемой точки, при этом, если наибольшим по модулю собственным числом является
Figure 00000300
то направление вычисляется по формуле:
Figure 00000301
, а в противном случае по формуле:
Figure 00000302
.Where
Figure 00000298
. Based on the eigenvalues, coherence is calculated
Figure 00000299
. If the coherence does not exceed a predetermined threshold, this means either that the point in question refers to a weakly textured region, or to a strongly textured, but not having one, most pronounced direction. Otherwise, the dominant direction of the texture at the point in question is calculated, if the largest eigenvalue is
Figure 00000300
then the direction is calculated by the formula:
Figure 00000301
, otherwise, by the formula:
Figure 00000302
.

[0100] При обработке изображений в формате RGB градиенты вычисляют как:[0100] When processing images in RGB format, gradients are calculated as:

Figure 00000303
, где
Figure 00000304
- пиксель изображения
Figure 00000305
с координатами
Figure 00000306
и
Figure 00000307
.
Figure 00000303
where
Figure 00000304
- image pixel
Figure 00000305
with coordinates
Figure 00000306
and
Figure 00000307
.

[0101] Для реализации настоящего изобретения была разработана специальная методика для вычисления структурного тензора для байеровских изображений, в которой градиенты вычисляются согласно следующим формулам:[0101] To implement the present invention, a special technique has been developed for calculating the structural tensor for Bayer images, in which the gradients are calculated according to the following formulas:

- в точках байеровского шаблона типа r и b градиенты в зеленом канале вычисляются согласно формулам:- at the points of a Bayer pattern of type r and b, the gradients in the green channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000308
Figure 00000308

Figure 00000309
Figure 00000309

- в точках байеровского шаблона типа r градиенты в синем канале вычисляется согласно формулам:- at the points of a Bayer pattern of type r, the gradients in the blue channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000310
Figure 00000310

Figure 00000311
Figure 00000311

- в точках байеровского шаблона типа r градиенты в красном канале вычисляется согласно формулам:- at the points of a Bayer pattern of type r, the gradients in the red channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000312
Figure 00000312

Figure 00000313
Figure 00000313

- в точках байеровского шаблона типа b градиенты в красном канале вычисляется согласно формулам:- at the points of a Bayer pattern of type b, the gradients in the red channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000314
Figure 00000314

Figure 00000315
Figure 00000315

- в точках байеровского шаблона типа b градиенты в синем канале вычисляется согласно формулам:- at the points of a Bayer pattern of type b, the gradients in the blue channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000316
Figure 00000316

Figure 00000317
Figure 00000317

- в точках байеровского шаблона типа g1 горизонтальный градиент красного канала и вертикальный градиент синего канала вычисляются согласно формулам:- at the points of the Bayer pattern type g1, the horizontal gradient of the red channel and the vertical gradient of the blue channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000318
Figure 00000318

Figure 00000319
Figure 00000319

- в точках байеровского шаблона типа g2 горизонтальный градиент синего канала и вертикальный градиент красного канала вычисляются согласно формулам:- at the points of the Bayer pattern type g2, the horizontal gradient of the blue channel and the vertical gradient of the red channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000320
Figure 00000320

Figure 00000321
Figure 00000321

- в точках байеровского шаблона типа g1 горизонтальный градиент синего канала и вертикальный градиент красного канала вычисляются согласно формулам:- at the points of the Bayer pattern type g1, the horizontal gradient of the blue channel and the vertical gradient of the red channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000322
Figure 00000322

Figure 00000323
Figure 00000323

- в точках байеровского шаблона типа g2 горизонтальный градиент красного канала и вертикальный градиент синего канала вычисляются согласно формулам:- at the points of the Bayer pattern type g2, the horizontal gradient of the red channel and the vertical gradient of the blue channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000324
Figure 00000324

Figure 00000325
Figure 00000325

- в точках байеровского шаблона типа g1 и g2 градиенты в зеленом канале вычисляются согласно формулам:- at the points of the Bayer pattern type g1 and g2, the gradients in the green channel are calculated according to the formulas:

Figure 00000326
Figure 00000326

Figure 00000327
Figure 00000327

- для каждой точки входного изображения градиенты вычисляются согласно формулам:- for each point of the input image, the gradients are calculated according to the formulas:

Figure 00000328
Figure 00000328

[0102] Составление матрицы

Figure 00000329
и поиск ее собственных векторов и значений
Figure 00000330
производятся также, как это производится и для изображений в формате RGB, однако перед вычислением доминирующего направления, вектора приводятся к первому или второму квадранту способом, показанным на фиг. 4. После вычисления арктангенса эта величина квантуется на выбранное количество уровней (например, N=8, N=16 или N=32) и прибавляется единица (нулевой банк фильтров предусмотрен для ненаправленных текстур). Это число указывает номер банка фильтров, который следует использовать при выборе набора фильтров для каждой точки.[0102] the compilation of the matrix
Figure 00000329
and search for its own vectors and values
Figure 00000330
are produced in the same way as for RGB images, however, before calculating the dominant direction, the vectors are reduced to the first or second quadrant in the manner shown in FIG. 4. After calculating the arc tangent, this value is quantized to the selected number of levels (for example, N = 8, N = 16 or N = 32) and one is added (a zero filter bank is provided for non-directional textures). This number indicates the number of filter banks to use when selecting a filter set for each point.

[0103] Для получения изображения высокого разрешения в результате обработки изображений низкого разрешения методом сверхразрешения могут быть учтены дополнительные ограничения, такие, как шум, присутствующий во входных изображениях низкого разрешения, недостоверная оценка смещений пикселей в некоторых областях изображений низкого разрешения или объективная невозможность оценить смещения пикселей в силу резкого изменения изображений, например, вызванного сменой освещения, а также наличие остаточных цветовых артефактов в выходном изображении. Также при получении изображения высокого разрешения могут быть использованы параметры, максимально соответствующие характеристикам конкретного устройства, которым сняты изображения низкого разрешения.[0103] Additional restrictions, such as noise present in low-resolution input images, inaccurate estimation of pixel offsets in some areas of low-resolution images, or objective impossibility to estimate pixel offsets, may be considered to obtain a high-resolution image as a result of processing super-resolution low-resolution images. due to a sharp change in images, for example, caused by a change in lighting, as well as the presence of residual color artifacts in the output a battle. Also, when obtaining a high-resolution image, parameters that are most suitable for the characteristics of a particular device that captured low-resolution images can be used.

[0104] Вариант осуществления устройства 100 для обработки данных для сверхразрешения, изображенный на фиг. 3 позволяет решить вышеприведенные проблемы. Устройство 100 для обработки данных для сверхразрешения дополнительно содержит блок 106 предобработки, который учитывая параметры съемки изображений низкого разрешения, осуществляет адаптивное шумоподавление, в частности трехмерное шумоподавление (3DNR). Кроме того, устройство 100 для обработки данных для сверхразрешения дополнительно содержит блок 107 оценки карты достоверности, который генерирует карту достоверности представляющую достоверность вычисления смещений пикселей. Карта достоверности выявляет пиксели, для которых смещение с большой вероятностью определено неправильно.[0104] An embodiment of the super-resolution data processing apparatus 100 shown in FIG. 3 allows you to solve the above problems. The super resolution data processing device 100 further comprises a preprocessing unit 106, which, taking into account the low-resolution image pickup parameters, provides adaptive noise reduction, in particular three-dimensional noise reduction (3DNR). In addition, the super resolution data processing apparatus 100 further comprises a validity map estimator 107 that generates a validity map representing the reliability of the calculation of pixel offsets. The confidence map reveals pixels for which the offset is likely to be incorrectly determined.

[0105] Устройство 100 для обработки данных для сверхразрешения, содержащее блок 106 предобработки и блок 107 оценки карты достоверности может обрабатывать как изображения в формате RGB, так и байеровские изображения.[0105] An ultra-resolution data processing apparatus 100 comprising a preprocessing unit 106 and a validity map estimator 107 may process both RGB images and Bayer images.

[0106] Блок 101 оценки смещения не использует данные, полученные после 3DNR, так как для получения более надежного результата целесообразно использовать изображения, не подвергнутые 3DNR.[0106] The offset estimation unit 101 does not use data obtained after 3DNR, since it is advisable to use images not subjected to 3DNR to obtain a more reliable result.

[0107] Банк 103 фильтров модифицируется таким образом, чтобы при восстановлении изображения высокого разрешения по k входным изображениям низкого разрешения хранить фильтры, вычисленные для k, k-1, k-2,…1 изображений низкого разрешения.[0107] The filter bank 103 is modified to store filters calculated for k, k-1, k-2, ... 1 low-resolution images when reconstructing a high-resolution image from k input low-resolution images.

[0108] Блок 102 выбора фильтров модифицируется таким образом, чтобы в случае, если для текущего пикселя смещение не для всех входных изображений низкого разрешения вычислено достоверно, то выбираются фильтры для восстановления по изображениям низкого разрешения на основе дробных смещений пикселей из тех изображений низкого разрешения, для которых смещение вычислено достоверно.[0108] The filter selection block 102 is modified so that if the offset for the current pixel is not calculated reliably for all input low-resolution images, then filters are selected for reconstruction from low-resolution images based on fractional pixel offsets from those low-resolution images, for which the offset is calculated reliably.

[0109] Блок 104 получения изображения высокого разрешения применяет метод сверхразрешения к изображениям низкого разрешения, прошедшим предобработку с учетом областей изображений, где смещения пикселей вычислены неправильно. Области изображений, где смещения пикселей неправильно вычислены, указаны в карте достоверности.[0109] The high-resolution image acquisition unit 104 applies the super-resolution method to low-resolution images that have been pre-processed taking into account image areas where pixel offsets are not correctly calculated. Areas of images where pixel offsets are not correctly calculated are indicated on the confidence map.

[0110] Если смещения пикселей вычислены достоверно для всех k входных изображений низкого разрешения, блок 104 получения изображения высокого разрешения выполняет вычисление пикселей изображения высокого разрешения с использованием фильтров для k изображений и пикселей входных изображений из k изображений низкого разрешения, подвергнутых 3DNR.[0110] If the pixel offsets are calculated reliably for all k low-resolution input images, the high-resolution image obtaining unit 104 calculates the pixels of the high-resolution image using filters for k images and the pixels of the input images from k low-resolution images subjected to 3DNR.

[0111] Если смещения пикселей вычислены достоверно не для всех k входных изображений низкого разрешения, блок 104 получения изображения высокого разрешения выбирает входные пиксели из тех изображений низкого разрешения, для которых достоверно вычислены целочисленные смещения пикселей, вычисляет пиксели изображения высокого разрешения с использованием фильтров для восстановления по изображениям низкого разрешения, полученным из блока 102 набора фильтров.[0111] If the pixel offsets are not calculated reliably for all k input low-resolution images, the high-resolution image acquisition unit 104 selects the input pixels from those low-resolution images for which integer pixel offsets are reliably calculated, calculates the pixels of the high-resolution image using filters for reconstruction low-resolution images obtained from block 102 of the filter set.

[0112] Блок 106 предобработки определяет параметры шумоподавления для всех пикселей в изображениях низкого разрешения, включающие в себя модель шума, размер фрагмента изображения, радиус поиска для соседних фрагментов изображения и зависимость стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей; вычисляет текстурно-зависимые коэффициенты шумоподавления на основе изменений яркости пикселей, при этом каждый текстурно-зависимый коэффициент шумоподавления вычисляется для каждого пикселя изображений низкого разрешения; оценивает значения стандартного отклонения шума пикселей с использованием зависимости стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей, текстурно-зависимых коэффициентов шумоподавления и коэффициента шумоподавления, заданного пользователем; и выполняет 3DNR на наборе изображений низкого разрешения на основе параметров шумоподавления и оцененных значений стандартного отклонения шума пикселей для получения изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом.[0112] The preprocessing unit 106 determines noise reduction parameters for all pixels in low resolution images, including a noise model, image fragment size, search radius for adjacent image fragments, and the dependence of the standard deviation of pixel noise on pixel brightness; calculates texture-dependent noise reduction coefficients based on changes in pixel brightness, with each texture-dependent noise reduction coefficient calculated for each pixel of low-resolution images; estimates the standard deviation of the pixel noise using the dependence of the standard deviation of the pixel noise on the pixel brightness, texture-dependent noise reduction coefficients and the noise reduction coefficient specified by the user; and performs 3DNR on a set of low-resolution images based on noise reduction parameters and estimated pixel noise standard deviation values to obtain low-resolution images with reduced noise.

[0113] Текстурно-зависимые коэффициенты шумоподавления представляют оценку степени текстурирования изображения и указывают области, потенциально содержащие высокочастотные детали, которые могут быть восстановлены при помощи операций сверхразрешения, и для которых с целью обеспечения лучшего визуального качества 3DNR должно проводиться в меньшем объеме, чем для нетекстурированных областей и областей, имеющих одно доминирующее направление.[0113] Texture-dependent noise reduction coefficients represent an estimate of the degree of texturing of the image and indicate areas that potentially contain high-frequency parts that can be reconstructed using superresolution operations, and for which, in order to provide better visual quality, 3DNR should be carried out to a lesser extent than for non-textured areas and areas having one dominant direction.

[0114] 3DNR определяется моделью шума, которая может быть Гауссовской или Пуассоновской; размером фрагмента изображения r, с которым производится сравнение других фрагментов изображения, с которыми производится усреднение; радиусом поиска соседних фрагментов R, который определяет максимальное расстояние, на котором могут находится фрагменты изображения, усредняемые с текущим фрагментом; оцененными значениями стандартного отклонения шума пикселей в данной точке изображения

Figure 00000331
, используемой для вычисления весовых коэффициентов фильтра, которые используются для вычисления усредненных значений пикселей.[0114] 3DNR is determined by the noise model, which may be Gaussian or Poisson; the size of the image fragment r, with which the comparison of other image fragments with which the averaging is performed; the search radius of neighboring fragments R, which determines the maximum distance at which fragments of the image averaged with the current fragment can be located; estimated values of the standard deviation of pixel noise at a given point in the image
Figure 00000331
used to calculate filter weights that are used to calculate average pixel values.

[0115] Модель шума

Figure 00000332
, размер фрагмента изображения
Figure 00000333
, радиус поиска соседних фрагментов
Figure 00000334
и зависимость стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей
Figure 00000335
определяются для всего изображения в зависимости от времени экспозиции и коэффициента усиления
Figure 00000336
при этом большему времени выдержки и большему коэффициенту усиления соответствует Гауссова модель и меньшие значения радиусов, а меньшему времени выдержки и меньшему коэффициенту усиления соответствует Пуассоновская модель и большие значения радиусов. При этом конкретный способ выбора определяется данными из калибровочных таблиц, данные которых определяются экспериментально, либо сообщаются производителем камеры.[0115] The noise model
Figure 00000332
, image fragment size
Figure 00000333
, the radius of the search for neighboring fragments
Figure 00000334
and dependence of the standard deviation of pixel noise on pixel brightness
Figure 00000335
determined for the whole image depending on exposure time and gain
Figure 00000336
in this case, the Gaussian model and smaller radii correspond to a longer exposure time and a larger gain, and the Poisson model and large radii correspond to a shorter exposure time and a smaller gain. In this case, the specific selection method is determined by the data from the calibration tables, the data of which are determined experimentally, or reported by the camera manufacturer.

[0116] Текстурно-зависимые коэффициенты шумоподавления вычисляют с использованием следующих шагов:[0116] Texture-dependent noise reduction coefficients are calculated using the following steps:

- для входного изображения выполняют гамма-коррекцию значений яркости пикселей изображений низкого разрешения;- for the input image, gamma correction of the brightness values of pixels of low-resolution images is performed;

- для каждого пикселя входного изображения низкого разрешения вычисляют второе собственное число

Figure 00000337
матрицы структурного тензора Т, используемого при оценке направленности текстуры изображения;- for each pixel of the low-resolution input image, a second eigenvalue is calculated
Figure 00000337
matrix of the structural tensor T used in assessing the directivity of the image texture;

- выполняют пороговое преобразование

Figure 00000337
, в котором значения
Figure 00000337
, превышающие выбранный эмпирически первый порог, устанавливаются равными первому порогу, а значения, меньшие выбранного эмпирически второго порога, устанавливаются равными второму порогу),- perform threshold conversion
Figure 00000337
in which values
Figure 00000337
exceeding the empirically selected first threshold are set equal to the first threshold, and values smaller than the empirically selected second threshold are set equal to the second threshold),

- выполняют нормализацию преобразованных значений

Figure 00000337
для получения значений
Figure 00000337
в диапазоне от 0 до 1, такая операция известна в уровне техники и ее подробное описание не требуется,- perform normalization of the converted values
Figure 00000337
to get the values
Figure 00000337
in the range from 0 to 1, such an operation is known in the prior art and its detailed description is not required,

- производят сглаживание нормализованных значений

Figure 00000337
с помощью фильтрации низкочастотным фильтром,- produce smoothing of normalized values
Figure 00000337
by filtering with a low-pass filter,

- инвертируют сглаженные значения

Figure 00000337
, причем инвертированные значения
Figure 00000337
являются текстурно-зависимыми коэффициентами шумоподавления.- invert smoothed values
Figure 00000337
, and inverted values
Figure 00000337
are texture dependent noise reduction factors.

[0117] Оцененное значение стандартного отклонения шума пикселей

Figure 00000331
вычисляется отдельно для каждого пикселя с координатами
Figure 00000338
как произведение коэффициента шумоподавления
Figure 00000339
, заданного пользователем, текстурно-зависимого коэффициента шумоподавления
Figure 00000340
и зависимости отклонения шума пикселей от яркости пикселей
Figure 00000335
. Средняя яркость
Figure 00000341
вычисляется с использованием низкочастотного фильтра, известного из уровня техники.[0117] Estimated pixel noise standard deviation
Figure 00000331
calculated separately for each pixel with coordinates
Figure 00000338
as a product of noise reduction
Figure 00000339
user-defined texture-dependent noise reduction
Figure 00000340
and Dependence of Pixel Noise Deviation on Pixel Brightness
Figure 00000335
. Average brightness
Figure 00000341
calculated using a low-pass filter known in the art.

[0118] Коэффициент шумоподавления

Figure 00000339
определяет предпочтения пользователя с точки относительно компромисса между уровнем шумоподавления и уровнем сохранения и восстановления высокочастотных деталей изображения.[0118] Noise reduction ratio
Figure 00000339
determines the user's preferences from the point regarding the compromise between the level of noise reduction and the level of preservation and restoration of high-frequency image details.

[0119] Определение параметров шумоподавления и вычисление текстурно-зависимых коэффициентов шумоподавления выполняются одинаково, как для изображений низкого разрешения в формате RGB, так и байеровских изображений низкого разрешения.[0119] The determination of noise reduction parameters and the calculation of texture-dependent noise reduction coefficients are performed in the same way for both low-resolution RGB images and low-resolution Bayer images.

[0120] 3DNR для входных изображений в формате RGB производят в соответствии с известными методами, использующими оценку шума.[0120] 3DNR for input images in the RGB format is produced in accordance with known methods using noise estimation.

[0121] Для каждого пикселя

Figure 00000342
входных изображений низкого разрешения результирующий пиксель
Figure 00000343
изображений низкого разрешения, подвергнутых 3DNR, вычисляется как сумма взвешенных значений этого пикселя и соседних пикселей, лежащих не далее чем
Figure 00000334
от текущего пикселя. При этом индивидуальный вес каждого пикселя
Figure 00000344
, соседнего с
Figure 00000345
определяется как экспоненциальная функция от квадрата расстояния
Figure 00000346
между фрагментами изображения низкого разрешения, в которых находятся пиксели
Figure 00000345
и
Figure 00000347
, с обратным знаком, деленного на квадрат оцененного значения стандартного отклонения шума пикселей
Figure 00000331
, а затем делится на сумму индивидуальных весов для всех усредняемых пикселей.[0121] For each pixel
Figure 00000342
low resolution input images resulting pixel
Figure 00000343
low-resolution images subjected to 3DNR is calculated as the sum of the weighted values of this pixel and neighboring pixels lying no further than
Figure 00000334
from the current pixel. In this case, the individual weight of each pixel
Figure 00000344
adjacent to
Figure 00000345
defined as an exponential function of the squared distance
Figure 00000346
between fragments of the low-resolution image in which the pixels are located
Figure 00000345
and
Figure 00000347
, with the opposite sign, divided by the square of the estimated value of the standard deviation of pixel noise
Figure 00000331
, and then divided by the sum of the individual weights for all averaged pixels.

[0122] При использовании Гауссовской модели шума расстояние

Figure 00000346
вычисляют как сумму квадратов разностей пикселей, лежащих не дальше
Figure 00000348
от текущего пикселя
Figure 00000345
, и соответствующих пикселей, лежащих на таком же расстоянии.[0122] When using the Gaussian noise model, the distance
Figure 00000346
calculated as the sum of the squares of the differences of pixels lying no further
Figure 00000348
from current pixel
Figure 00000345
, and corresponding pixels lying at the same distance.

[0123] При использовании Пуассоновской модели расстояние

Figure 00000346
вычисляют как сумму функций
Figure 00000349
от двух аргументов
Figure 00000178
для пикселей, лежащих не дальше
Figure 00000348
от текущего пикселя
Figure 00000345
, и соответствующих пикселей, лежащих на таком же расстоянии от
Figure 00000350
где
Figure 00000351
[0123] When using the Poisson model, the distance
Figure 00000346
calculated as the sum of functions
Figure 00000349
from two arguments
Figure 00000178
for pixels no further
Figure 00000348
from current pixel
Figure 00000345
, and corresponding pixels lying at the same distance from
Figure 00000350
Where
Figure 00000351

[0124] Пиксели

Figure 00000347
могут браться как только из текущего, так и из нескольких входных изображений низкого разрешения, включая изображение низкого разрешения, из которого взят пиксель
Figure 00000345
.[0124] Pixels
Figure 00000347
can be taken both from the current and from several low-resolution input images, including a low-resolution image from which a pixel is taken
Figure 00000345
.

[0125] Реализация 3DNR для байеровских изображений отличается тем, что усредняют только пиксели, принадлежащие одному и тому же цветовому каналу. Реализация 3DNR для байеровских изображений отличается также тем, что при вычислении расстояния

Figure 00000346
учитываются только пиксели, принадлежащие одному и тому же цветовому каналу.[0125] The implementation of 3DNR for Bayer images differs in that only pixels belonging to the same color channel are averaged. The 3DNR implementation for Bayer images is also different in that when calculating the distance
Figure 00000346
only pixels belonging to the same color channel are taken into account.

[0126] Реализация 3DNR для байеровских изображений отличается тем, что при вычислении средней яркости

Figure 00000352
используют только пиксели, принадлежащие тому же цветовому каналу, что и текущий пиксель. В одной реализации для вычисления средней яркости можно использовать фильтрацию с фильтром
Figure 00000353
, с последующим сглаживанием с помощью фильтра в форме диска, известного из уровня техники.[0126] The implementation of 3DNR for Bayer images is different in that when calculating the average brightness
Figure 00000352
use only pixels that belong to the same color channel as the current pixel. In one implementation, filtering with a filter can be used to calculate average brightness
Figure 00000353
, followed by smoothing using a filter in the form of a disk, known from the prior art.

[0127] Блок 107 оценки карты достоверности генерирует карту достоверности с использованием набора изображений низкого разрешения и наборов смещений пикселей, при этом карта достоверности представляет достоверность вычисления смещений пикселей.[0127] The validity map estimator 107 generates a validity map using a set of low-resolution images and sets of pixel offsets, the reliability map representing the reliability of computing pixel offsets.

[0128] Для компенсации возможных ошибок, полученных при вычислении смещений пикселей или изменений в сцене, при которых разница между соседними изображениями низкого разрешения очень велика, выполняется обработка с использованием карты достоверности. В обработке с использованием карты достоверности для вычисления изображения высокого разрешения используются только те пиксели, смещения которых вычислены достоверно.[0128] To compensate for possible errors obtained in calculating pixel offsets or changes in the scene at which the difference between adjacent low-resolution images is very large, processing using a validity map is performed. In processing using a confidence map, only pixels whose offsets are calculated reliably are used to compute a high-resolution image.

[0129] Карта достоверности M имеет размерность W x H x k, где W и H - количество пикселей по вертикали и горизонтали, соответственно, для изображения высокого разрешения, которое должно быть получено из входных изображений низкого разрешения, имеющих размер W/s x H/s, а k - количество входных изображений низкого разрешения. Каждый элемент карты достоверности может принимать значения 1 для пикселей, смещение которых вычислено достоверно, и 0 - для пикселей, смещение которых вычислено недостоверно. Смещения всех пикселей первого изображения низкого разрешения принимается нулевым и считается достоверным.[0129] The confidence map M has a dimension W x H xk, where W and H are the number of pixels vertically and horizontally, respectively, for a high resolution image to be obtained from low resolution input images having a size of W / sx H / s , and k is the number of input low-resolution images. Each element of the reliability map can take values 1 for pixels whose displacement is calculated reliably, and 0 for pixels whose displacement is calculated unreliably. The displacement of all pixels of the first low-resolution image is assumed to be zero and considered reliable.

[0130] Карту достоверности для входных изображений низкого разрешения в формате RGB вычисляют с использованием следующих шагов:[0130] A validity map for low-resolution input RGB images is calculated using the following steps:

- для входных изображений низкого разрешения кроме первого изображения низкого разрешения выполняют компенсацию смещений пикселей с использованием вычисленных смещений пикселей и получают скомпенсированные изображения низкого разрешения, причем компенсация смещения пикселей выполняется любым методом, известным в уровне техники;- for the input low-resolution images, in addition to the first low-resolution image, pixel offsets are compensated using the calculated pixel offsets and compensated low-resolution images are obtained, the pixel offset being compensated by any method known in the art;

- для всех скомпенсированных изображений низкого разрешения выполняют баланс белого, гамма-коррекцию, Гауссовскую фильтрацию и преобразование в цветовое пространство LST согласно формулам

Figure 00000354
, причем баланс белого, гамма-коррекция, Гауссовская фильтрация выполняется методом, известным в уровне техники;- for all compensated low-resolution images, white balance, gamma correction, Gaussian filtering and conversion to LST color space are performed according to the formulas
Figure 00000354
moreover, white balance, gamma correction, Gaussian filtering is performed by a method known in the prior art;

- вычисляют попиксельно Евклидово расстояние между пикселями в первом изображений низкого разрешения в пространстве LST и пикселями скомпенсированных изображений низкого разрешения в пространстве LST, проводят фильтрацию вычисленных Евклидовых расстояний с помощью низкочастотного фильтра, известного в уровне техники, и выполняют нелинейное преобразование, согласно уравнению:

Figure 00000355
;- calculate the pixel-by-pixel Euclidean distance between the pixels in the first low-resolution image in the LST space and the pixels of the compensated low-resolution images in the LST space, filter the calculated Euclidean distances using a low-pass filter, known in the prior art, and perform non-linear transformation according to the equation:
Figure 00000355
;

- вычисляют попиксельно индекс SSIM (индекс структурного сходства) между первым изображением низкого разрешения в пространстве LST и каждым из скомпенсированных изображений низкого разрешения в пространстве LST, количество которых равно k-1, и присваивают индексу SSIM значение 0 для тех пикселей, для которых значение индекса SSIM отрицательно;- compute the pixel-by-pixel SSIM index (structural similarity index) between the first low-resolution image in the LST space and each of the compensated low-resolution images in the LST space, the number of which is k-1, and set the SSIM index to 0 for those pixels for which the index value SSIM is negative;

- вычисляют для каждого пикселя скомпенсированных изображений низкого разрешения в пространстве LST частное произведения фильтрованного, нелинейно преобразованного Евклидова расстояния и индекса SSIM и суммы фильтрованного, нелинейно преобразованного Евклидова расстояния и индекса SSIM для получения промежуточной карты, состоящей из значений частного, вычисленных для пикселей скомпенсированных изображений низкого разрешения в пространстве LST, и значений для пикселей первого изображения низкого разрешения, каждому из которых присвоена 1, причем полученная промежуточная карта имеет размер W/s x H/s x k;- calculate for each pixel of the compensated low-resolution images in the LST space the quotient of the product of the filtered, nonlinearly converted Euclidean distance and the SSIM index and the sum of the filtered, nonlinearly converted Euclidean distance and the SSIM index to obtain an intermediate map consisting of quotient values calculated for pixels of the compensated low resolution in LST space, and values for pixels of the first low-resolution image, each of which is assigned 1 moreover, the resulting intermediate map has a size of W / s x H / s x k;

- масштабируют промежуточную карту так, чтобы сделать ее размер равным W x H x k;- scale the intermediate map so as to make its size equal to W x H x k;

- вычисляют карту достоверности путем порогового преобразования масштабированной промежуточной карты, при этом значениям частного, превышающим порог, присваивают 1, остальным значениям частного присваивают 0, а значения для пикселей первого изображения низкого разрешения оставляют равными 1. Порог выбирается пользователем и отражает представление пользователя о том, какие ошибки вычисления смещений пикселей считать неприемлемыми.- calculate the confidence map by threshold transformation of the scaled intermediate map, while the values of the quotient exceeding the threshold are assigned 1, the remaining values of the quotient are assigned 0, and the values for the pixels of the first low-resolution image are left at 1. The threshold is selected by the user and reflects the user's perception of which errors in calculating pixel offsets are considered unacceptable.

[0131] Вычисление карты достоверности для байеровских изображений отличается тем, что компенсацию смещений пикселей выполняют с использованием следующих шагов:[0131] Calculation of a confidence map for Bayer images is characterized in that compensation for pixel offsets is performed using the following steps:

- разделяют пиксели всех входных изображений низкого разрешения на отдельные цветовые каналы G1, G2, R и B, как изображено на фиг. 5 в качестве неограничивающего примера;- divide the pixels of all input low-resolution images into separate color channels G1, G2, R and B, as shown in FIG. 5 as a non-limiting example;

- суммируют пиксели цветовых каналов G1 и G2 с одинаковыми позициями во всех входных изображениях низкого разрешения и делят полученные суммы пикселей цветовых каналов G1 и G2 на 2, чтобы получить канал G.- summarize the pixels of the color channels G1 and G2 with the same positions in all input low-resolution images and divide the resulting sums of pixels of the color channels G1 and G2 by 2 to obtain channel G.

[0132] Остальные операции для вычисления карты достоверности для байеровских изображений являются такими же, как и для изображений в формате RGB.[0132] The rest of the operations for calculating the confidence map for Bayer images are the same as for images in RGB format.

[0133] Блок 105 оценки направления текстуры определяет направления текстуры в изображениях низкого разрешения с уменьшенным шумом, полученных блоком 106 предобработки.[0133] The texture direction estimation unit 105 determines the direction of the texture in the low-resolution, low-noise images obtained by the preprocessing unit 106.

[0134] Блок 102 выбора фильтров выбирает либо наборы ненаправленных фильтров, либо наборы направленных фильтров на основе карты достоверности, наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения с уменьшенным шумом.[0134] The filter selection unit 102 selects either sets of non-directional filters or sets of directional filters based on a confidence map, sets of fractional pixel offsets and texture directions in low-resolution images with reduced noise.

[0135] Блок 104 получения изображения высокого разрешения получает изображения высокого разрешения в формате RGB посредством вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием карты достоверности, набора изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.[0135] The high-resolution image acquisition unit 104 obtains high-resolution images in RGB format by computing pixels of a high-resolution image using a confidence map, a set of low-resolution, low-noise images, selected filter sets, and sets of integer pixel offsets.

[0136] Операции получения изображения высокого разрешения с использованием карты достоверности и набора изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом (подвергнутых 3DNR) выполняются блоком 104 получения изображения высокого разрешения одинаково как для входных изображений низкого разрешения в формате RGB, так и входных байеровских изображений низкого разрешения с учетом отличий, описанных выше в подробном описании получения изображения высокого разрешения блоком 104 получения изображения высокого разрешения.[0136] The operations of acquiring a high-resolution image using a validity map and a set of low-resolution images with reduced noise (subjected to 3DNR) are performed by the high-resolution image acquiring unit 104 in the same way for both low-resolution input RGB images and low-resolution input Buyer images with taking into account the differences described above in the detailed description of obtaining a high resolution image by the high resolution image obtaining unit 104.

[0137] Для осуществления фильтрации цветовых артефактов, оставшихся в изображении высокого разрешения устройство 100 для обработки данных для сверхразрешения дополнительно содержит блок 108 постобработки. Вариант осуществления устройства 100 для обработки данных для сверхразрешения, содержащего блок 108 постобработки предназначен для обработки только байеровских изображений.[0137] To filter the color artifacts remaining in the high-resolution image, the super-resolution data processing apparatus 100 further comprises a post-processing unit 108. An embodiment of a super-resolution data processing apparatus 100 comprising a post-processing unit 108 is for processing Bayer images only.

[0138] Блок 108 постобработки выполняет преобразование изображения высокого разрешения в формате RGB, полученного модулем получения изображения высокого разрешения, в изображение в формате YUV. Затем блок 108 постобработки обрабатывает изображение в формате YUV посредством: вычисления карты стандартных отклонений пикселей в канале Y методом скользящего окна, вычисления опорного канала Ref для кросс-билатеральной фильтрации путем сглаживания карты стандартных отклонений пикселей с помощью гауссовской фильтрации, и выполнения кросс-билатеральной фильтрации каналов U и V с использованием опорного канала Ref. После обработки изображения в формате YUV блок 108 постобработки выполняет обратное преобразование обработанного изображения в формате YUV в прошедшее постобработку изображение высокого разрешения в формате RGB.[0138] The post-processing unit 108 converts the high-resolution RGB image obtained by the high-resolution image acquiring module into an YUV image. Then, the post-processing unit 108 processes the YUV image by: calculating a map of standard deviations of pixels in channel Y using a sliding window method, calculating a reference channel Ref for cross-bilateral filtering by smoothing a map of standard deviations of pixels using Gaussian filtering, and performing cross-channel filtering of channels U and V using the reference channel Ref. After processing the image in the YUV format, the post-processing unit 108 inversely converts the processed image in the YUV format to the post-processed high-resolution image in the RGB format.

[0139] Предложенный способ обработки данных для сверхразрешения предназначен для получения изображения высокого разрешения из набора изображений низкого разрешения одной сцены. Способ обработки данных для сверхразрешения может выполняться как с входными изображениями в формате RGB, так и с входными байеровскими изображениями, причем операция демозаикинга для преобразования байеровских изображений в изображения в формате RGB не требуется. Способ обработки данных для сверхразрешения выполняется описанным выше устройством 100 для обработки данных для сверхразрешения. Операции, выполняемые блоками устройства 100 для обработки данных для сверхразрешения, полностью соответствуют операциям, выполняемым на этапах способа обработки данных для сверхразрешения. Поскольку операции, выполняемые блоками устройства 100 для обработки данных для сверхразрешения, подробно описаны выше, то подробное описание операций, содержащихся в этапах способа обработки данных для сверхразрешения, опушено.[0139] The proposed super-resolution data processing method is for obtaining a high resolution image from a set of low resolution images of one scene. The method of processing data for super-resolution can be performed both with input images in RGB format and with input Bayer images, and a demoicing operation for converting Bayer images into images in RGB format is not required. The method of processing data for super-resolution is performed by the device 100 for processing data for super-resolution described above. The operations performed by the blocks of the super-resolution data processing apparatus 100 are fully consistent with the operations performed in the steps of the super-resolution data processing method. Since the operations performed by the units of the super-resolution data processing apparatus 100 are described in detail above, a detailed description of the operations contained in the steps of the super-resolution data processing method is omitted.

[0140] В одном варианте осуществления способ обработки данных для сверхразрешения содержит этапы, на которых: принимают набор изображений низкого разрешения одной сцены; получают наборы смещений пикселей для изображений низкого разрешения для всех пикселей, соответствующих одним и тем же фрагментам в наборе изображений низкого разрешения, посредством вычисления смещений пикселей для пикселей, соответствующих одним тем же фрагментам в изображениях низкого разрешения, относительно пикселей, соответствующих тем же фрагментам в первом изображении низкого разрешения, выбранном из набора изображений низкого разрешения; получают наборы целочисленных смещений пикселей посредством вычисления целочисленного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы целочисленных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения; получают наборы дробных смещений пикселей посредством вычисления дробного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы дробных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения; выбирают наборы фильтров из предварительно вычисленных наборов фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей; получают изображение высокого разрешения в формате RGB посредством вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием набора изображений низкого разрешения, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.[0140] In one embodiment, the super-resolution data processing method comprises the steps of: receiving a set of low-resolution images of one scene; get sets of pixel offsets for low-resolution images for all pixels corresponding to the same fragments in the set of low-resolution images by calculating pixel offsets for pixels corresponding to the same fragments in low-resolution images relative to pixels corresponding to the same fragments in the first a low resolution image selected from a set of low resolution images; obtaining sets of integer pixel offsets by calculating integer pixel offsets for each pixel offset, wherein the sets of integer pixel offsets correspond to sets of pixel offsets for low resolution images; obtaining sets of fractional pixel offsets by calculating fractional pixel offsets for each pixel offset, wherein the sets of fractional pixel offsets correspond to sets of pixel offsets for low resolution images; selecting filter sets from pre-calculated filter sets based on sets of fractional pixel offsets; obtaining a high-resolution image in RGB format by computing pixels of a high-resolution image using a set of low-resolution images, selected filter sets, and sets of integer pixel offsets.

[0141] В другом варианте осуществления способ обработки данных для сверхразрешения может дополнительно включать в себя этапы предварительного вычисления наборов фильтров, на которых задают конечное число дробных смещений пикселей; генерируют наборы дробных смещений пикселей посредством выбора всех комбинаций дробных смещений пикселей; и вычисляют наборы фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и регуляризатора, описывающего локальные ограничения для сверхразрешения.[0141] In another embodiment, the super-resolution data processing method may further include the steps of pre-calculating filter sets that specify a finite number of fractional pixel offsets; generating sets of fractional pixel offsets by selecting all combinations of fractional pixel offsets; and calculating filter sets based on sets of fractional pixel shifts and a regularizer describing local constraints for superresolution.

[0142] В еще одном варианте осуществления способа обработки данных для сверхразрешения учитывается направленность текстуры изображения при получении изображения высокого разрешения из набора изображений низкого разрешения одной сцены. В этом варианте осуществления способ обработки данных для сверхразрешения дополнительно содержит этап, на котором определяют направления текстуры изображений низкого разрешения, при этом предварительно вычисленные наборы фильтров включают в себя наборы ненаправленных фильтров и наборы направленных фильтров, а выбор наборов фильтров содержит выбор либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения. Ненаправленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими ненаправленную текстуру, а направленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими направленную текстуру.[0142] In yet another embodiment of the super-resolution data processing method, the directivity of the image texture when taking a high resolution image from a set of low resolution images of one scene is taken into account. In this embodiment, the super-resolution data processing method further comprises determining the texture directions of the low-resolution images, wherein the pre-computed filter sets include omnidirectional filter sets and directional filter sets, and the selection of filter sets contains either a selection of non-directional filter sets, or sets of directional filters based on sets of fractional pixel offsets and texture directions in low-resolution images. Omnidirectional filters are associated with image areas containing an undirected texture, and directional filters are associated with image areas containing an undirected texture.

[0143] В еще одном варианте осуществления способа обработки данных для сверхразрешения учитываются дополнительные ограничения, такие, как шум, присутствующий во входных изображениях низкого разрешения, недостоверная оценка смещений пикселей в некоторых областях изображений низкого разрешения или объективная невозможность оценить смещения пикселей в силу резкого изменения изображений, например, вызванного сменой освещения, а также наличие остаточных цветовых артефактов в выходном изображении.[0143] In yet another embodiment of the super-resolution data processing method, additional restrictions are taken into account, such as noise present in input low-resolution images, inaccurate estimation of pixel offsets in some areas of low-resolution images, or objective impossibility to estimate pixel offsets due to a sharp change in images , for example, caused by a change in lighting, as well as the presence of residual color artifacts in the output image.

[0144] В этом варианте осуществления способ обработки данных для сверхразрешения дополнительно содержит этапы, на которых: определяют параметры шумоподавления для всех пикселей в изображениях низкого разрешения, включающие в себя модель шума, размер фрагмента изображения, радиус поиска для соседних фрагментов изображения и зависимость стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей; вычисляют текстурно-зависимые коэффициенты шумоподавления на основе изменений яркости пикселей, при этом каждый текстурно-зависимый коэффициент шумоподавления вычисляют для каждого пикселя изображений низкого разрешения; оценивают значения стандартного отклонения шума пикселей с использованием зависимости стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей, текстурно-зависимых коэффициентов шумоподавления и коэффициента шумоподавления, заданного пользователем; выполняют трехмерное шумоподавление (3DNR) на наборе изображений низкого разрешения на основе параметров шумоподавления и оцененных значений стандартного отклонения шума пикселей для получения изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом; и генерируют карту достоверности с использованием набора изображений низкого разрешения и наборов смещений пикселей. Карта достоверности представляет достоверность вычисления смещений пикселей, при этом определение направлений текстуры изображений низкого разрешения содержит определение направлений текстуры изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом.[0144] In this embodiment, the superresolution data processing method further comprises the steps of: determining noise reduction parameters for all pixels in low resolution images, including a noise model, image fragment size, search radius for adjacent image fragments, and standard deviation pixel noise from pixel brightness; calculating texture dependent noise reduction coefficients based on changes in pixel brightness, wherein each texture dependent noise reduction coefficient is calculated for each pixel of low resolution images; evaluating the standard deviation of the pixel noise using the dependence of the standard deviation of the pixel noise on the pixel brightness, texture-dependent noise reduction coefficients and the noise reduction coefficient specified by the user; performing three-dimensional noise reduction (3DNR) on a set of low-resolution images based on noise reduction parameters and estimated pixel noise standard deviation values to obtain low-resolution images with reduced noise; and generate a confidence map using a set of low-resolution images and sets of pixel offsets. The confidence map represents the reliability of the calculation of pixel offsets, while determining the directions of the texture of low-resolution images includes determining the directions of the texture of low-resolution images with reduced noise.

[0145] В этом варианте осуществления выбор наборов фильтров содержит выбор либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе карты достоверности, наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения с уменьшенным шумом; при этом получение изображения высокого разрешения в формате RGB содержит вычисление пикселей изображения высокого разрешения с использованием карты достоверности, набора изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.[0145] In this embodiment, the selection of filter sets comprises a selection of either sets of non-directional filters or sets of directional filters based on a confidence map, sets of fractional pixel offsets and texture directions in low-resolution images with reduced noise; however, obtaining a high-resolution image in RGB format includes computing pixels of a high-resolution image using a confidence map, a set of low-resolution images with reduced noise, selected filter sets and sets of integer pixel offsets.

[0146] Для фильтрации цветовых артефактов, оставшихся в изображении высокого разрешения способ обработки данных для сверхразрешения дополнительно содержит этапы, на которых: преобразуют изображение высокого разрешения в формате RGB в изображение в формате YUV; обрабатывают изображение в формате YUV; и выполняют обратное преобразование обработанного изображения в формате YUV в прошедшее постобработку изображение высокого разрешения в формате RGB.[0146] To filter color artifacts remaining in the high-resolution image, the super-resolution data processing method further comprises the steps of: converting the high-resolution image in RGB format to an image in YUV format; process the image in YUV format; and perform the inverse conversion of the processed image in YUV format to the post-processed high-resolution image in RGB format.

[0147] Обработку изображения в формате YUV выполняют посредством: вычисления карты стандартных отклонений пикселей в канале Y методом скользящего окна, вычисления опорного канала Ref путем сглаживания карты стандартных отклонений пикселей с помощью гауссовской фильтрации и кросс-билатеральной фильтрации каналов U и V с использованием опорного канала Ref.[0147] Image processing in YUV format is performed by: calculating a map of standard deviations of pixels in channel Y by a sliding window method, calculating a reference channel Ref by smoothing a map of standard deviations of pixels using Gaussian filtering and cross-channel filtering of channels U and V using a reference channel Ref.

[0148] Настоящее изобретение может быть применено в различных системах захвата изображений с одной или более камерами, включающими в себя систему, поддерживающую функцию серийной (пакетной) съемки. Настоящее изобретение может использоваться как «цифровое масштабирование», так и для увеличения мегапикселей изображения (Mpx) в общем сценарии использования камер. Настоящее изобретение может использоваться в применениях, требующих оптическое распознавание символов (OCR). Настоящее изобретение может быть реализовано в виде однокристальной системы (SoC), как программное обеспечение, использующее процессор общего назначения, цифровой сигнальный процессор (DSP) и/или центральный процессор (CPU), или частично как SoC, и частично как программное обеспечение. Кроме того, настоящее изобретение может быть реализовано как отдельное устройство или часть процессора сигналов изображения (ISP).[0148] The present invention can be applied to various image capture systems with one or more cameras, including a system supporting a burst function. The present invention can be used both as “digital zoom” and for enlarging image megapixels (Mpx) in a common camera use case. The present invention can be used in applications requiring optical character recognition (OCR). The present invention can be implemented as a single-chip system (SoC), as software using a general purpose processor, digital signal processor (DSP) and / or central processing unit (CPU), or partially as SoC, and partially as software. In addition, the present invention can be implemented as a separate device or part of an image signal processor (ISP).

[0149] Настоящее изобретение не должно ограничиваться приведенными выше примерами использования и реализации настоящего изобретения, и специалисту в данной области должно быть очевидно, что другие типы использования и реализации настоящего изобретения могут применяться для повышения качества изображений и видео.[0149] The present invention should not be limited to the above examples of the use and implementation of the present invention, and it should be obvious to a person skilled in the art that other types of use and implementation of the present invention can be used to improve image and video quality.

[0150] Вышеупомянутое описание вариантов осуществления изобретения является иллюстративными, а модификации конфигурации и реализации находятся в пределах объема настоящего описания. Например, хотя варианты осуществления изобретения, в целом, описаны в отношении фиг. 1-3, эти описания являются примерными. Хотя объект патентования был описан на языке, специфичном для конструктивных признаков или методологических действий, понятно, что объект патентования, заданный в прилагаемой формуле изобретения, необязательно ограничивается конкретными признаками или действиями, описанными выше. Скорее, конкретные признаки и действия, описанные выше, раскрыты в качестве примеров форм реализации формулы изобретения. Кроме того, изобретение не ограничено проиллюстрированным порядком этапов способа, порядок может быть изменен специалистом в данной области без творческих усилий. Некоторые или все этапы способа могут выполняться последовательно или одновременно.[0150] The above description of embodiments of the invention is illustrative, and modifications to the configuration and implementation are within the scope of the present description. For example, although embodiments of the invention have generally been described with respect to FIG. 1-3, these descriptions are exemplary. Although the subject of patenting has been described in a language specific for design features or methodological actions, it is understood that the subject of patenting defined in the attached claims is not necessarily limited to the specific features or actions described above. Rather, the specific features and acts described above are disclosed as examples of forms for implementing the claims. In addition, the invention is not limited to the illustrated order of the steps of the method, the order can be changed by a person skilled in the art without creative efforts. Some or all of the steps of the method may be performed sequentially or simultaneously.

Claims (72)

1. Устройство для обработки данных для сверхразрешения, содержащее:1. A device for processing data for superresolution, containing: блок оценки смещения, выполненный с возможностью:an offset estimation unit configured to: принимать набор изображений низкого разрешения одной сцены,take a set of low-resolution images of one scene, получать наборы смещений пикселей для изображений низкого разрешения для всех пикселей, соответствующих одним и тем же фрагментам в наборе изображений низкого разрешения, посредством вычисления смещений пикселей для пикселей, соответствующих одним тем же фрагментам в изображениях низкого разрешения, относительно пикселей, соответствующих тем же фрагментам в первом изображении низкого разрешения, выбранном из набора изображений низкого разрешения,obtain sets of pixel offsets for low-resolution images for all pixels corresponding to the same fragments in the set of low-resolution images by calculating pixel offsets for pixels corresponding to the same fragments in low-resolution images relative to pixels corresponding to the same fragments in the first a low resolution image selected from a set of low resolution images, получать наборы целочисленных смещений пикселей посредством вычисления целочисленного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы целочисленных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения,obtain sets of integer pixel offsets by calculating integer pixel offsets for each pixel offset, wherein sets of integer pixel offsets correspond to sets of pixel offsets for low resolution images, получать наборы дробных смещений пикселей посредством вычисления дробного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы дробных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения;obtain sets of fractional pixel offsets by calculating fractional pixel offsets for each pixel offset, wherein the sets of fractional pixel offsets correspond to sets of pixel offsets for low resolution images; банк фильтров, выполненный с возможностью хранения наборов фильтров, причем наборы фильтров предварительно вычислены;a filter bank configured to store filter sets, the filter sets being pre-computed; блок выбора фильтров, выполненный с возможностью выбора наборов фильтров из банка фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей;a filter selection unit configured to select filter sets from a filter bank based on sets of fractional pixel offsets; блок получения изображения высокого разрешения, выполненный с возможностью получения изображения высокого разрешения в формате RGB посредством вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием набора изображений низкого разрешения, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.a high-resolution image acquisition unit configured to obtain a high-resolution image in RGB format by computing pixels of a high-resolution image using a set of low-resolution images, selected filter sets, and sets of integer pixel offsets. 2. Устройство по п. 1, в котором предварительно вычисленные наборы фильтров получены посредством:2. The device according to claim 1, in which the pre-calculated filter sets are obtained by: задания конечного числа дробных смещений пикселей;setting a finite number of fractional pixel offsets; генерации наборов дробных смещений пикселей посредством выбора всех комбинаций дробных смещений пикселей;generating sets of fractional pixel offsets by selecting all combinations of fractional pixel offsets; вычисления наборов фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и регуляризатора, описывающего локальные ограничения для сверхразрешения.computing filter sets based on sets of fractional pixel shifts and a regularizer describing local constraints for superresolution. 3. Устройство по п. 1, в котором количество фильтров, хранящихся в банке фильтров, уменьшено на основании по меньшей мере одного из условий совпадения смещений пикселей.3. The device according to claim 1, in which the number of filters stored in the filter bank is reduced based on at least one of the conditions for matching pixel offsets. 4. Устройство по п. 1, в котором наборы фильтров, хранящихся в банке фильтров, включают в себя наборы ненаправленных фильтров и наборы направленных фильтров,4. The device according to claim 1, wherein the sets of filters stored in the filter bank include sets of non-directional filters and sets of directional filters, причем ненаправленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими ненаправленную текстуру, а направленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими направленную текстуру.moreover, non-directional filters are associated with areas of the image containing the non-directional texture, and directional filters are associated with areas of the image containing the directional texture. 5. Устройство по п. 4, дополнительно содержащее блок оценки направления текстуры, выполненный с возможностью определения направлений текстуры изображений низкого разрешения,5. The device according to claim 4, further comprising a block for estimating the direction of the texture, configured to determine the direction of the texture of the low-resolution images, причем блок выбора фильтров дополнительно выполнен с возможностью выбора либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения.moreover, the filter selection unit is further configured to select either sets of non-directional filters or sets of directional filters based on sets of fractional pixel offsets and texture directions in low resolution images. 6. Устройство по п. 5, дополнительно содержащее:6. The device according to claim 5, further comprising: блок предобработки, выполненный с возможностью:a preprocessing unit configured to: определения параметров шумоподавления для всех пикселей в изображениях низкого разрешения, включающих в себя модель шума, размер фрагмента изображения, радиус поиска для соседних фрагментов изображения и зависимость стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей;determining noise reduction parameters for all pixels in low-resolution images, including the noise model, image fragment size, search radius for adjacent image fragments, and the dependence of the standard deviation of pixel noise on pixel brightness; вычисления текстурно-зависимых коэффициентов шумоподавления на основе изменений яркости пикселей, при этом каждый текстурно-зависимый коэффициент шумоподавления вычисляется для каждого пикселя изображений низкого разрешения;calculating texture-dependent noise reduction coefficients based on changes in pixel brightness, wherein each texture-dependent noise reduction coefficient is calculated for each pixel of low resolution images; оценки значений стандартного отклонения шума пикселей с использованием зависимости стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей, текстурно-зависимых коэффициентов шумоподавления и коэффициента шумоподавления, заданного пользователем;estimating the standard deviations of the pixel noise using the dependence of the standard deviation of the pixel noise on the pixel brightness, texture-dependent noise reduction coefficients and the noise reduction coefficient specified by the user; выполнения трехмерного шумоподавления (3DNR) на наборе изображений низкого разрешения на основе параметров шумоподавления и оцененных значений стандартного отклонения шума пикселей для получения изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом; иperforming three-dimensional noise reduction (3DNR) on a set of low-resolution images based on noise reduction parameters and estimated pixel noise standard deviation values to obtain low-resolution images with reduced noise; and блок оценки карты достоверности, выполненный с возможностью генерации карты достоверности с использованием набора изображений низкого разрешения и наборов смещений пикселей, при этом карта достоверности представляет достоверность вычисления смещений пикселей,a validity map estimating unit configured to generate a validity map using a set of low-resolution images and sets of pixel offsets, the reliability map representing the reliability of computing pixel offsets, при этом блок оценки направления текстуры дополнительно выполнен с возможностью определения направлений текстуры изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом;wherein the unit for evaluating the direction of the texture is further configured to determine the direction of the texture of low-resolution images with reduced noise; при этом блок выбора фильтров дополнительно выполнен с возможностью выбора либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе карты достоверности, наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения с уменьшенным шумом;wherein the filter selection unit is further configured to select either sets of non-directional filters or sets of directional filters based on a confidence map, sets of fractional pixel offsets and texture directions in low-resolution images with reduced noise; при этом блок получения изображения высокого разрешения дополнительно выполнен с возможностью получения изображения высокого разрешения в формате RGB посредством вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием карты достоверности, набора изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.wherein the high-resolution image acquisition unit is further configured to receive the high-resolution image in RGB format by calculating the pixels of the high-resolution image using a confidence map, a set of low-resolution images with reduced noise, selected filter sets and sets of integer pixel offsets. 7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором изображения низкого разрешения одной сцены являются изображениями в формате RGB.7. The device according to any one of paragraphs. 1-6, in which the low-resolution images of one scene are images in RGB format. 8. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором изображения низкого разрешения одной сцены являются байеровскими изображениями.8. The device according to any one of paragraphs. 1-6, in which the low-resolution images of one scene are Bayer images. 9. Устройство по п. 8, дополнительно содержащее блок постобработки, выполненный с возможностью:9. The device according to p. 8, further comprising a post-processing unit, configured to: преобразования изображения высокого разрешения в формате RGB, полученного модулем получения изображения высокого разрешения, в изображение в формате YUV;converting a high-resolution image in RGB format obtained by the high-resolution image acquisition module into an image in YUV format; обрабатывать изображение в формате YUV посредством:process the image in YUV format by: вычисления карты стандартных отклонений пикселей в канале Y методом скользящего окна,calculating a map of standard deviations of pixels in channel Y by the sliding window method, вычисления опорного канала Ref путем сглаживания карты стандартных отклонений пикселей с помощью гауссовской фильтрации,computing the reference channel Ref by smoothing the map of standard deviations of pixels using Gaussian filtering, кросс-билатеральной фильтрации каналов U и V с использованием опорного канала Ref иcross-bilateral filtering of channels U and V using the reference channel Ref and обратного преобразования обработанного изображения в формате YUV в прошедшее постобработку изображение высокого разрешения в формате RGB.reverse converting the processed YUV image to the post-processed high-resolution RGB image. 10. Способ обработки данных для сверхразрешения, содержащий этапы, на которых:10. A method for processing data for super-resolution, comprising the steps of: принимают набор изображений низкого разрешения одной сцены;accept a set of low-resolution images of one scene; получают наборы смещений пикселей для изображений низкого разрешения для всех пикселей, соответствующих одним и тем же фрагментам в наборе изображений низкого разрешения, посредством вычисления смещений пикселей для пикселей, соответствующих одним тем же фрагментам в изображениях низкого разрешения, относительно пикселей, соответствующих тем же фрагментам в первом изображении низкого разрешения, выбранном из набора изображений низкого разрешения;get sets of pixel offsets for low-resolution images for all pixels corresponding to the same fragments in the set of low-resolution images by calculating pixel offsets for pixels corresponding to the same fragments in low-resolution images relative to pixels corresponding to the same fragments in the first a low resolution image selected from a set of low resolution images; получают наборы целочисленных смещений пикселей посредством вычисления целочисленного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы целочисленных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения;obtaining sets of integer pixel offsets by calculating integer pixel offsets for each pixel offset, wherein the sets of integer pixel offsets correspond to sets of pixel offsets for low resolution images; получают наборы дробных смещений пикселей посредством вычисления дробного смещения пикселя для каждого смещения пикселя, при этом наборы дробных смещений пикселей соответствуют наборам смещений пикселей для изображений низкого разрешения;obtaining sets of fractional pixel offsets by calculating fractional pixel offsets for each pixel offset, wherein the sets of fractional pixel offsets correspond to sets of pixel offsets for low resolution images; выбирают наборы фильтров из предварительно вычисленных наборов фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей;selecting filter sets from pre-calculated filter sets based on sets of fractional pixel offsets; получают изображение высокого разрешения в формате RGB посредством вычисления пикселей изображения высокого разрешения с использованием набора изображений низкого разрешения, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.obtaining a high-resolution image in RGB format by computing pixels of a high-resolution image using a set of low-resolution images, selected filter sets, and sets of integer pixel offsets. 11. Способ по п. 10, в котором предварительно вычисленные наборы фильтров получают посредством:11. The method according to p. 10, in which pre-computed filter sets are obtained by: задания конечного числа дробных смещений пикселей;setting a finite number of fractional pixel offsets; генерации наборов дробных смещений пикселей посредством выбора всех комбинаций дробных смещений пикселей;generating sets of fractional pixel offsets by selecting all combinations of fractional pixel offsets; вычисления наборов фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и регуляризатора, описывающего локальные ограничения для сверхразрешения.computing filter sets based on sets of fractional pixel shifts and a regularizer describing local constraints for superresolution. 12. Способ по п. 10, в котором количество упомянутых фильтров уменьшено на основании по меньшей мере одного из условий совпадения смещений пикселей.12. The method of claim 10, wherein the number of said filters is reduced based on at least one of a condition for matching pixel offsets. 13. Способ по п. 10, в котором предварительно вычисленные наборы фильтров включают в себя наборы ненаправленных фильтров и наборы направленных фильтров,13. The method of claim 10, wherein the pre-computed filter sets include omnidirectional filter sets and directional filter sets, причем ненаправленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими ненаправленную текстуру, а направленные фильтры ассоциированы с областями изображения, содержащими направленную текстуру.moreover, non-directional filters are associated with areas of the image containing the non-directional texture, and directional filters are associated with areas of the image containing the directional texture. 14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этап, на котором:14. The method of claim 13, further comprising the step of: определяют направления текстуры изображений низкого разрешения,determine the direction of the texture of low-resolution images, при этом выбор наборов фильтров содержит выбор либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения.however, the selection of filter sets contains a selection of either sets of non-directional filters or sets of directional filters based on sets of fractional pixel offsets and texture directions in low-resolution images. 15. Способ по п. 14, дополнительно содержащий этапы, на которых:15. The method of claim 14, further comprising the steps of: определяют параметры шумоподавления для всех пикселей в изображениях низкого разрешения, включающие в себя модель шума, размер фрагмента изображения, радиус поиска для соседних фрагментов изображения и зависимость стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей;determining noise reduction parameters for all pixels in low-resolution images, including the noise model, image fragment size, search radius for adjacent image fragments, and the dependence of the standard deviation of pixel noise on pixel brightness; вычисляют текстурно-зависимые коэффициенты шумоподавления на основе изменений яркости пикселей, при этом каждый текстурно-зависимый коэффициент шумоподавления вычисляют для каждого пикселя изображений низкого разрешения;calculating texture dependent noise reduction coefficients based on changes in pixel brightness, wherein each texture dependent noise reduction coefficient is calculated for each pixel of low resolution images; оценивают значения стандартного отклонения шума пикселей с использованием зависимости стандартного отклонения шума пикселей от яркости пикселей, текстурно-зависимых коэффициентов шумоподавления и коэффициента шумоподавления, заданного пользователем;evaluating the standard deviation of the pixel noise using the dependence of the standard deviation of the pixel noise on the pixel brightness, texture-dependent noise reduction coefficients and the noise reduction coefficient specified by the user; выполняют трехмерное шумоподавление (3DNR) на наборе изображений низкого разрешения на основе параметров шумоподавления и оцененных значений стандартного отклонения шума пикселей для получения изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом иperforming three-dimensional noise reduction (3DNR) on a set of low-resolution images based on noise reduction parameters and estimated standard noise deviations of pixels to obtain low-resolution images with reduced noise and генерируют карту достоверности с использованием набора изображений низкого разрешения и наборов смещений пикселей, при этом карта достоверности представляет достоверность вычисления смещений пикселей,generating a confidence map using a set of low-resolution images and sets of pixel offsets, wherein the confidence map represents the reliability of computing pixel offsets, при этом определение направлений текстуры изображений низкого разрешения содержит определение направлений текстуры изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом;wherein determining the directions of the texture of low-resolution images includes determining the directions of the texture of low-resolution images with reduced noise; при этом выбор наборов фильтров содержит выбор либо наборов ненаправленных фильтров, либо наборов направленных фильтров на основе карты достоверности, наборов дробных смещений пикселей и направлений текстуры в изображениях низкого разрешения с уменьшенным шумом;wherein the selection of filter sets comprises a selection of either sets of non-directional filters or sets of directional filters based on a confidence map, sets of fractional pixel offsets and texture directions in low-resolution images with reduced noise; при этом получение изображения высокого разрешения в формате RGB содержит вычисление пикселей изображения высокого разрешения с использованием карты достоверности, набора изображений низкого разрешения с уменьшенным шумом, выбранных наборов фильтров и наборов целочисленных смещений пикселей.however, obtaining a high-resolution image in RGB format includes computing pixels of a high-resolution image using a confidence map, a set of low-resolution images with reduced noise, selected filter sets and sets of integer pixel offsets. 16. Способ по любому из пп. 10-15, в котором изображения низкого разрешения одной сцены являются изображениями в формате RGB.16. The method according to any one of paragraphs. 10-15, in which the low-resolution images of one scene are RGB images. 17. Способ по любому из пп. 10-15, в котором изображения низкого разрешения одной сцены являются байеровскими изображениями.17. The method according to any one of paragraphs. 10-15, in which the low-resolution images of one scene are Bayer images. 18. Способ по п. 17, дополнительно содержащий этапы, на которых:18. The method of claim 17, further comprising the steps of: преобразуют изображение высокого разрешения в формате RGB в изображение в формате YUV;convert a high-resolution image in RGB format to an image in YUV format; обрабатывают изображение в формате YUV посредством:process the image in YUV format by: вычисления карты стандартных отклонений пикселей в канале Y методом скользящего окна,calculating a map of standard deviations of pixels in channel Y by the sliding window method, вычисления опорного канала Ref путем сглаживания карты стандартных отклонений пикселей с помощью гауссовской фильтрации,computing the reference channel Ref by smoothing the map of standard deviations of pixels using Gaussian filtering, кросс-билатеральной фильтрации каналов U и V с использованием опорного канала Ref; иcross-bilateral filtering of channels U and V using the reference channel Ref; and выполняют обратное преобразование обработанного изображения в формате YUV в прошедшее постобработку изображение высокого разрешения в формате RGB.perform the inverse conversion of the processed image in YUV format to the post-processed image of high resolution in RGB format.
RU2017115447A 2017-05-03 2017-05-03 Data processing for super-resolution RU2652722C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017115447A RU2652722C1 (en) 2017-05-03 2017-05-03 Data processing for super-resolution
KR1020180042920A KR102481882B1 (en) 2017-05-03 2018-04-12 Method and apparaturs for processing image
US15/970,617 US10776904B2 (en) 2017-05-03 2018-05-03 Method and apparatus for processing image

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017115447A RU2652722C1 (en) 2017-05-03 2017-05-03 Data processing for super-resolution

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2652722C1 true RU2652722C1 (en) 2018-04-28

Family

ID=62105656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017115447A RU2652722C1 (en) 2017-05-03 2017-05-03 Data processing for super-resolution

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102481882B1 (en)
RU (1) RU2652722C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697928C1 (en) * 2018-12-28 2019-08-21 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Superresolution of an image imitating high detail based on an optical system, performed on a mobile device having limited resources, and a mobile device which implements
CN111507899A (en) * 2020-03-26 2020-08-07 辽宁师范大学 Primary and secondary neural network image super-resolution reconstruction method fusing weak texture information
CN112508783A (en) * 2020-11-19 2021-03-16 西安全志科技有限公司 Image processing method based on directional interpolation, computer device and computer readable storage medium

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102661434B1 (en) * 2018-09-30 2024-04-29 보에 테크놀로지 그룹 컴퍼니 리미티드 Apparatus and method for image processing and system for training neural networks
JP2022536327A (en) * 2019-06-13 2022-08-15 エルジー イノテック カンパニー リミテッド Camera device and image generation method for camera device
KR102213765B1 (en) * 2019-08-09 2021-02-08 엘지이노텍 주식회사 An Image Sensor, A Camera Module And Optical Device Comprising A Camera Module
KR102379557B1 (en) * 2019-12-23 2022-03-28 현대모비스 주식회사 Image processing system and method using median filter based on fpga
KR20210139061A (en) * 2020-05-13 2021-11-22 엘지이노텍 주식회사 Imaging Apparatus and Imaging Method
KR20210018381A (en) * 2021-02-02 2021-02-17 엘지이노텍 주식회사 An Image Sensor, A Camera Module And Optical Device Comprising A Camera Module
KR102616400B1 (en) * 2022-04-12 2023-12-27 한국항공우주연구원 Deep learning based image resolution improving system and method by reflecting characteristics of optical system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5535291A (en) * 1994-02-18 1996-07-09 Martin Marietta Corporation Superresolution image enhancement for a SIMD array processor
US6766067B2 (en) * 2001-04-20 2004-07-20 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. One-pass super-resolution images
RU2454721C2 (en) * 2007-10-15 2012-06-27 Ниппон Телеграф Энд Телефон Корпорейшн Image forming device and method, program for realising said method and data medium storing program
US20120249727A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Tessera Technologies Ireland Limited Superresolution enhancment of peripheral regions in nonlinear lens geometries
US20130064474A1 (en) * 2008-06-30 2013-03-14 Oleg Maslov Computing Higher Resolution Images From Multiple Lower Resolution Images
US20150339803A1 (en) * 2010-11-03 2015-11-26 Sony Corporation Lens and color filter arrangement, super-resolution camera system and method
US9282253B2 (en) * 2014-02-18 2016-03-08 Qualcomm Technologies, Inc. System and method for multiple-frame based super resolution interpolation for digital cameras
RU2583725C1 (en) * 2014-10-17 2016-05-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method and system for image processing

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6429895B1 (en) * 1996-12-27 2002-08-06 Canon Kabushiki Kaisha Image sensing apparatus and method capable of merging function for obtaining high-precision image by synthesizing images and image stabilization function
US8436909B2 (en) * 2008-10-21 2013-05-07 Stmicroelectronics S.R.L. Compound camera sensor and related method of processing digital images

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5535291A (en) * 1994-02-18 1996-07-09 Martin Marietta Corporation Superresolution image enhancement for a SIMD array processor
US6766067B2 (en) * 2001-04-20 2004-07-20 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. One-pass super-resolution images
RU2454721C2 (en) * 2007-10-15 2012-06-27 Ниппон Телеграф Энд Телефон Корпорейшн Image forming device and method, program for realising said method and data medium storing program
US20130064474A1 (en) * 2008-06-30 2013-03-14 Oleg Maslov Computing Higher Resolution Images From Multiple Lower Resolution Images
US20150339803A1 (en) * 2010-11-03 2015-11-26 Sony Corporation Lens and color filter arrangement, super-resolution camera system and method
US20120249727A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Tessera Technologies Ireland Limited Superresolution enhancment of peripheral regions in nonlinear lens geometries
US9282253B2 (en) * 2014-02-18 2016-03-08 Qualcomm Technologies, Inc. System and method for multiple-frame based super resolution interpolation for digital cameras
RU2583725C1 (en) * 2014-10-17 2016-05-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method and system for image processing

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697928C1 (en) * 2018-12-28 2019-08-21 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Superresolution of an image imitating high detail based on an optical system, performed on a mobile device having limited resources, and a mobile device which implements
US11244426B2 (en) 2018-12-28 2022-02-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for image super resolution imitating optical zoom implemented on a resource-constrained mobile device, and a mobile device implementing the same
CN111507899A (en) * 2020-03-26 2020-08-07 辽宁师范大学 Primary and secondary neural network image super-resolution reconstruction method fusing weak texture information
CN111507899B (en) * 2020-03-26 2023-07-11 辽宁师范大学 Primary and secondary neural network image super-resolution reconstruction method integrating weak texture information
CN112508783A (en) * 2020-11-19 2021-03-16 西安全志科技有限公司 Image processing method based on directional interpolation, computer device and computer readable storage medium
CN112508783B (en) * 2020-11-19 2024-01-30 西安全志科技有限公司 Image processing method based on direction interpolation, computer device and computer readable storage medium

Also Published As

Publication number Publication date
KR102481882B1 (en) 2022-12-28
KR20180122548A (en) 2018-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2652722C1 (en) Data processing for super-resolution
US10776904B2 (en) Method and apparatus for processing image
Li et al. A multi-frame image super-resolution method
CN106600536B (en) Video image super-resolution reconstruction method and device
JP6024107B2 (en) Image processing apparatus, imaging apparatus, image processing method, and program
CN110827200A (en) Image super-resolution reconstruction method, image super-resolution reconstruction device and mobile terminal
US9965832B2 (en) Method for performing super-resolution on single images and apparatus for performing super-resolution on single images
CN111510691B (en) Color interpolation method and device, equipment and storage medium
CN110176023B (en) Optical flow estimation method based on pyramid structure
Chakrabarti et al. Rethinking color cameras
CN115578255B (en) Super-resolution reconstruction method based on inter-frame sub-pixel block matching
CN106254720B (en) A kind of video super-resolution method for reconstructing based on joint regularization
CN115272068A (en) Efficient interpolation method for image upsampling
CN103903239B (en) A kind of video super-resolution method for reconstructing and its system
CN112488920A (en) Image regularization super-resolution reconstruction method based on Gaussian-like fuzzy kernel
US8731281B2 (en) Wavelet transform on incomplete image data and its applications in image processing
CN103618904B (en) Motion estimation method and device based on pixels
CN108492264B (en) Single-frame image fast super-resolution method based on sigmoid transformation
US20230368347A1 (en) Methods for enhancing resolution and reducing noise in multi-frame images
Bianco et al. Content-preserving tone adjustment for image enhancement
Lafenetre et al. Implementing handheld burst super-resolution
CN108062743A (en) A kind of noisy image super-resolution method
Liu et al. Robust multi-frame super-resolution with adaptive norm choice and difference curvature based BTV regularization
CN106780331B (en) Novel super-resolution method based on neighborhood embedding
Tang et al. Coupled dictionary learning on common feature space for medical image super resolution